【正文】 城市人口的增加。 18 世紀產(chǎn)業(yè)革命和工業(yè)革命后，工業(yè)用的燃料更多，對大氣的污染 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計論文 3 更加嚴重。到了 19 世紀，燃煤釋放的煙氣已成為嚴重污染問題。 20 世紀中葉后，工業(yè)發(fā)達國家的汽車數(shù)量急劇增加，并在城市高度集中，汽車排放的尾氣已發(fā)展成為城市主要大氣污染問題。由于城 市人口的集中 使局部大氣中的污染物濃度提高，而且難以稀釋和擴散出去，從而使空氣污染問題更為嚴重。 現(xiàn)有三大能源短缺性嚴重制約經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展 世界能源主要包括石油、天然氣、煤炭。我國是一個能源短缺的國家，但卻是一個能源消耗大國。經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展在很大程度上依賴于能源供應(yīng)。按照當前的能源資源開采速度，各種一次能源可供應(yīng)年限，石油 年；天然氣 年；煤炭 42 年。 汽車工業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)就是能源的消耗及尾氣排放對環(huán)境的污染。目前雖有電動汽車及混合動力汽車已開發(fā)出來并陸續(xù)上市，但大部分仍在以汽油、柴油為燃料 。所以說從未來汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，要想讓汽車擺脫對化石燃料的依賴，研發(fā)以太陽能氫能源為動力的汽車已經(jīng)勢在必行了，它也必將得到市場的認可。 3 新能源在交通發(fā)展中應(yīng)用 新能源分類 一是來自地球外部天體的能源：主要是太陽能（除直接輻射外，還能為風(fēng)能、水能、生物能和礦物能源等的產(chǎn)生提供基礎(chǔ)）；二是地球本身蘊藏的能量：通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源，如原子核能、地?zé)崮艿?。溫泉和火山爆發(fā)噴出的巖漿就是地?zé)岬谋憩F(xiàn)；三是地球和其他天體相互作用的能量：如潮汐能等 ； 四是氫能源。 氫能源自然界儲量十分豐富 在自然狀態(tài)下，大氣中只含有微量的氫氣，因此要想利用氫氣必須依靠提取。制取氫氣的資源很多，如煤、石油、天然氣、水等，都可用來制取氫氣。尤其是 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計論文 4 水，在地球上的儲量極其豐富，更重要的是其可再生和重復(fù)利用。所以氫氣不像煤、石油、天然氣等有較大的自然儲量，但作為長期來源的資源是非常豐富的。這為氫氣的廣泛研究和使用提供了保障。氫的制取方法有水分解制氫；生物制氫(1細菌制取氫氣如紅螺菌， 2用綠藻生產(chǎn)氫氣 3酶制取氫氣 )。生物制氫思路 1966年提出， 1990 年后受到空前重視。從 1990 年開始，德 、日、美等一些發(fā)達國家成立了專門機構(gòu)，制訂了生物制氫的發(fā)展計劃，通過對省去制氫技術(shù)的基礎(chǔ)性和應(yīng)用性研究，在 21 世紀中葉實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。 氫能源作為主要內(nèi)燃機燃料 傳統(tǒng)的小轎車，功率一般在幾十千瓦左右，而太陽輻射功率至多 1kW/㎡，目前的光電轉(zhuǎn)換效率小于 30%。因此全部用太陽能驅(qū)動傳統(tǒng)的轎車，需要幾十平方米的接收面積，顯然難以達到。但在傳統(tǒng)汽車上可以用太陽能作為輔助動力，以減少常規(guī)燃料的消耗，而且現(xiàn)代汽車的電器化程度曰益提高，各輔助設(shè)備的耗電量也因此急劇增加。所以 未來汽車必以電能、氫燃料為主驅(qū)動力，太 陽能為汽車輔助設(shè)備的能源，其中電能來自太陽能、風(fēng)能、水能、生物能、礦物能源、地?zé)崮堋⒊毕芗霸雍四?。這就構(gòu)成了太陽能和其他能源混合驅(qū)動汽車。氫氣可謂是最清潔最理想的能源，新能源太陽能氫能系統(tǒng)是全世界各國的研究方向。 氫燃料汽車的應(yīng)用發(fā)展 人類一直在尋找替代汽油的清潔能源，氫被眾多汽車廠家及行業(yè)專家認為是最具可行的替代能源之一。氫能汽車是以氫為主要能量的汽車。 氫能汽車分兩類： 1 氫燃料汽車； 2 氫燃料電池汽車 。 氫燃料汽車不污染環(huán)境，是一種友好的綠色交通工具。缺點是燃燒效率低，大約只有 38%，且由于氫燃料熱值高、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤旌椭鸱秶鷮挼龋瑲淙剂习l(fā)動機容易發(fā)生早燃、回火、敲缸、負荷高以及氮氧化合物排放偏高等情況。氫燃料電池汽車是利用氫燃料電池發(fā)出的動力系統(tǒng)驅(qū)動電動機，帶動汽車行駛，所以它是一種電動汽車。氫燃料電池汽車分三類： 1 全氫燃料電池，即汽車的動力全部來源于氫燃料電池； 2 氫燃料電池盒其他電池（如太陽能電池板）的混合系統(tǒng) 即太陽能氫能系統(tǒng)； 3 氫燃料電池與內(nèi)燃機組成混合動力。氫燃料汽車無污 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計論文 5 染、效率高、噪聲低，且隨著燃料電池制造技術(shù)的提高和成本低的降低，將會是未來的主要交通工具。 早在 1984年寶馬公司就著手開發(fā)以氫為燃料的氫內(nèi)燃機，經(jīng)過 20多年努力，世界第一輛氫 /汽油雙燃料汽車 BMW745i Turbo 誕生了，它奠定了這一新技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。 1999 年第一家公共液氫加氣站在慕尼黑開始運營。 2020 年 BMW 實驗車型 H2R 賽車在位于法國密拉瑪?shù)?BMW 高速試車場創(chuàng)造了 9 項氫氣內(nèi)燃機車記錄。最高時速達 300km/h 以上，破百時間被嚴格控制在了 6s 以內(nèi)，并獲得 FIA確認。 2020 年，寶馬推出世界第一款氫動力豪華轎車 —— BMW 氫能 7 系，最小轉(zhuǎn)彎直徑 ,綜合油耗為汽油 。綜合氫耗，液氫 。排放達標為 EU4。汽油模式續(xù)駛里程為 500km。液氫模式續(xù)駛里程 200km?？偫m(xù)駛能力為700km。0~100km/h 加速時間為 。最高車速為 230km/h。福特汽車公司成為世界首個正式生產(chǎn)氫燃料發(fā)動機的汽車制造商。福特 E450 型氫燃料巴士的動力裝置于 2020 年在北美國際汽車展覽會上首次亮相。在使氫成為切實可行的發(fā)動機燃料的征程中，氫內(nèi)燃機技術(shù)邁出了重要的一步。日本的馬自達公司早在 2020年便在東京車展上展出了名為 RX8 Hydrogen RE 的燃燒后 完全無污染的氫氣燃料汽車。馬自達 RX8 Hydrogen RE 是全球第一輛同時搭載氫燃料與轉(zhuǎn)子發(fā)動機科技的先進環(huán)保車，配置高壓氫燃料和汽油油箱，可同時使用汽油與氫氣，為車輛提供動力來源。 2020 年，由江蘇鎮(zhèn)江江奎科技有限公司、清華大學(xué)、奇瑞汽車三方自主研發(fā)的“示范性氫燃料轎車研制項目”通過國家級專家組評審，中國第一輛具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的以氫燃料為動力的轎車研制成功，標志著中國氫動力技術(shù)已達國際同步領(lǐng)先水平。 2020 年 6 月 18 日，我國自主研制的第一臺高效低排放氫內(nèi)燃機在重慶長安汽車集團城地實現(xiàn)點火。高效低 排放氫內(nèi)燃機是國家“ 863”計劃唯一立項的氫燃料重點項目，它的成功點火標志著我國氫內(nèi)燃機研究技術(shù)獲得突破性進展，為氫內(nèi)燃機的產(chǎn)業(yè)奠定基礎(chǔ)。 4 提高能源利用率 現(xiàn)有三大能源即將枯竭，主要原因是儲量有限；二是過度開發(fā)；三是沒有合理有效利用及能源有效利用率低。開發(fā)出的新能源必須提高利用率，否則供不應(yīng) 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計論文 6 求的態(tài)勢還在阻礙經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。新能源中 太陽能、風(fēng)能、水能、原子核能、地?zé)崮堋⒊毕芪覀兌嫁D(zhuǎn)化為電能，建立了各式電站。電能方便運輸，有效利用率高。我們研究的氫燃料汽車不污染環(huán)境，是一種友好的綠色交通工具但是燃燒效 率低，大約只有 38%，顯然直接作為內(nèi)燃機燃料很浪費的，如果轉(zhuǎn)化為電能應(yīng)用于磁懸浮列車將大大降低能耗 .據(jù)日本研究與實際試驗的而結(jié)果，在 500km/h的時速下能耗僅為飛機的 1/3。據(jù)德國實驗，當磁懸浮列車達到 400km/h 時，其每座位公里能耗與時速 300km/h 高速輪機列車持平；而當磁懸浮列車時速也降到300km/h 時，它的每座位公里能耗可比輪機鐵路低 33%。磁懸浮的發(fā)展是最有潛力，最有發(fā)展必要的。磁懸浮將是 21 世紀新型現(xiàn)代化的高速交通工具。 5 磁懸浮列車 圖 51 行駛中的磁懸浮列車 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計論文 7 圖 52 實驗室中的磁懸浮列車 第一條輪軌鐵路出現(xiàn)在 1825 年，經(jīng)過 140 年努力 ,其運營速度才突破200km/h，由 200km/h 到 300km/h 又花費了近 30 年，雖然技術(shù)還在完善發(fā)展，繼續(xù)提高速度的余地已不大，而困難卻很大，還應(yīng)注意到，輪軌鐵 路提高速度的代價是很高的， 300km/h 高速鐵路的造價比 200km/h 的準高速鐵路高近倆倍，比120km/h 的普通鐵路高三至八倍，繼續(xù)提高速度，其造價還將繼續(xù)上升。高速公路和航空業(yè)的發(fā)展，鐵路面臨著嚴重挑戰(zhàn)，因為傳統(tǒng)的輪軌粘著式鐵路是利用車輪和鋼軌的粘著力使列車前進的，而其粘著系數(shù)又隨著速度的增加而減小，走行阻力卻隨著速度的增加而增大。當速度超過粘著系數(shù)曲線和阻性阻力曲線的焦點時，速度就不可能再進一步提高了。如果要想再進一步提高速度，同時又要做到更加安全、舒適，減輕振動和噪音，減少能耗，降低運輸成本，那么， 傳統(tǒng)鐵路將是難以辦到的。與之相比世界上第一個磁懸浮列車小型模型是 1969 年在德國 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計論文 8 出現(xiàn)的，日本是 1972 年造出的，可僅僅十年后的 1979 年，磁懸浮列車技術(shù)就創(chuàng)造了 517km/h 的速度記錄。目前技術(shù)已經(jīng)成熟，可進入 500km/h 的實用運營的建造階段。它克服了傳統(tǒng)輪機鐵路提高速度的主要障礙，發(fā)展前景廣闊。 磁懸浮列車是由無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)組成的新型交通工具，磁懸浮列車分為超導(dǎo)型和常導(dǎo)型兩大類。簡單地說，從內(nèi)部技術(shù)而言，兩者在系統(tǒng)上存在著是利用磁斥力、還是利用磁吸力的區(qū)別。從外部表象而言，兩者 存在著速度上的區(qū)別：超導(dǎo)型磁懸浮列車最高時速可達 500 公里以上（高速輪軌列車的最高時速一般為 300— 350 公里），在 1000至 1500 公里的距離內(nèi)堪與航空競爭；而常導(dǎo)型磁懸浮列車時速為 400～ 500 公里，它的中低速則比較適合于城市間的長距離快速運輸。 磁懸浮列車利用“同性相斥，異性相吸”的原理，讓磁鐵具有抗拒地心引力的能力，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約 1 厘米處，騰空行駛，創(chuàng)造了近乎“零高度”空間飛行的奇跡。 在這行研究中，德國和日本起步最早，但倆國采用的制式完全不同，德國采用常導(dǎo)磁吸式，而日本則采 用超導(dǎo)磁斥式，在車輛和線路結(jié)構(gòu)上，在懸浮、導(dǎo)向和推進方式上雖然不同，然而基本原理卻是一樣的。日本已在九州宮崎等幾條試驗線上懸浮運行，創(chuàng)造了 517km/h 的速度記錄，但因常溫下的超導(dǎo)材料尚未出現(xiàn)，還未能投入商業(yè)性的載人運行。日本的專家信心十足地認為他們的磁懸浮列車將是“最有發(fā)展前途的列車”為適應(yīng)競爭的需要，日本還要修建 50km 長的試驗線，一條從扎幌道千葉機場，另一條是連接?xùn)|京至甲府的中央線。德國經(jīng)系統(tǒng)的研究，創(chuàng)造了快捷、安全、可靠地地面運輸系統(tǒng)。在 300~500km 速度范圍，能量消耗和噪音明顯降低，乘客的舒適 度比較高。系統(tǒng)設(shè)計特別考慮了安全性、運行可靠性和環(huán)境的影響，廣泛使用了成熟的部件技術(shù)，因而將復(fù)雜度、維修量和危害大幅度減少。此外，所有關(guān)鍵系統(tǒng)高度冗余保證了列車安全、可靠。在農(nóng)村 ,速度高達 300~，最高速可達 300km/，在相同速度下，污染少、噪音小、能耗低、占地少等優(yōu)點。在我國磁懸浮已在上海運行 ,上海磁懸浮列車是世界上第一段商業(yè)運行的磁懸浮列車，設(shè)計時速 430km/h,實際時速380km/h,但是由于技術(shù)方面等問題，我國磁懸浮耗資較大，所以一直沒有大力推廣。但是，我們可 以看到磁懸浮列車的發(fā)展前景相對其他交通工具是最廣闊的。 武漢紡織大學(xué) 2020 屆 畢業(yè)設(shè)計論文 9 世界第一條商業(yè)性運營線 我國舉世屬目的上海磁懸浮列車示范線是中國第一條集城市交通、觀光、旅游于一體的世界第一條商業(yè)性運營線。該示范線西起上海地鐵二號線龍陽路站南側(cè)，東到浦東國際機場一期航站樓東側(cè)，線路全長 29。 863 公里，總投資約 89億元人民幣。這列當今世界上最酷的列車，帶車頭的車廂長 米，寬 米。中間的車廂長 米， 14 分鐘內(nèi)能在上海市區(qū)和浦東機場之間打個來回。置身其中，您將親身體驗到這架 “陸地客機 ”所帶來的奇異感受。乘 客不會有不適感。軌道全線兩邊 50 米范圍內(nèi)裝有目前國際上最先進的隔離裝置。磁懸浮列車的車窗是減速玻璃，乘客可以更好的觀賞窗外的風(fēng)景。減速玻璃在與車體接觸的邊緣處有弧度變形，正因為這個弧度可以使車外景物在透過弧度時發(fā)生變形，從而影響車內(nèi)乘客的視覺，產(chǎn)生減速的效果。并且在擋風(fēng)玻璃邊緣都有漸淡的點狀黑色裝飾邊，同樣也起到一定效果。它是 21 世紀理想的超級特別快車，世界各國都十分重視發(fā)展磁懸浮列車。 磁懸浮列車是一種采用無接觸的電磁懸浮、導(dǎo)向和驅(qū)動系統(tǒng)的高速列車系統(tǒng)。磁懸浮列車具有快速、低耗、安全、經(jīng)濟、無污染等優(yōu)點。 磁懸浮列車從北京運行到上海，不超過 4 個小時，從杭州至上海只