无阻力车厢横空问世 ——改写共和国的节能历史新篇章 田忌赛马的故事、金刚石与石墨的千壤之别，都告诉我们一个简单的道理——结构的改变创造奇迹。今天，要告诉大家的是，车辆车型结构的改变能达到80%以上的节能，这也可以称为是节能史上的奇迹。 大家知道，飞机的设计者绞尽脑汁想方设法以流线型减少飞机飞行时的风阻，轿车的设计者为了减少空气阻力，尽量采用圆滑流畅的曲线型以减小空气阻力，一些名车豪车甚至连门把手这么一点细微的阻力都考虑在列。尽管如此，风阻仍然耗去轿车的绝大部分能量。据有关资料表明，一辆时速100千米的轿车，其发动机输出功率的80%用来克服空气阻力。运输煤炭空返的火车敞车，由于受装卸等因素的限制，其形状根本无曲线可言，行进中气流几乎是垂直作用在后箱板上，因而其风阻耗能远远大于轿车的耗能。据有关方面数据统计表明，机车空返时风阻耗去其输出功率的80%以上，导致80 %以上的机车燃油用于克服风阻而白白消耗。以大同——秦皇岛线为例加以佐证，该线每年运煤2亿吨，需敞车330万辆次。启用网状结构的无阻力车箱后，在650公里的路程上，以时速65公里运行，按每辆敞车节能270千克计算（详细计算见《无阻力车箱超节能的理论、方法和经济效益》），330万辆车一年可节能89万吨，价值数十亿元，是一笔非常可观的节约收入。而目前我国每年运输煤炭18亿吨，需敞车3000万辆次。据业内人士称：其中绝大部分车辆卸煤后空返，从而造成极大的浪费，而这种浪费一年可达1500万吨能源，对我国目前相对紧缺的能源供应应该说是一个不小的挑战。 无阻力车厢就是利用网状结构（方形、圆形、菱形等各类结构）克服各种车辆（尤其是运煤火车、大型货车）空返时因受空气阻力耗能而达到极大节约能源的新型车型结构设计。目前，这一实用新型专利设计在国际国内均属首创，其节能效果相当可观，正受到一些高层领导、专家、企业家和工程师的关注，敬请有志于在共和国节能史上谱写辉煌篇章的有识之士来电来函合作洽谈。 无阻力车箱超节能的理论、方法和经济效益 1、空车的耗能7倍于重车的耗能 我国每年运输煤炭18亿吨，需敞车3000万辆次。据业内人士称：其中绝大部分车辆空返，从而造成极大的浪费。据测算，这种浪费一年可达1500万吨能源。 人们传统的经验是推空车省力，推重车费力。由此而固定化的思维模式是：重车的耗能必大于空车的耗能。在低速的情况下，特别是在牛车时代，这种思维模式无疑是板上钉钉的真理，但在科学技术不断进步，速度不断提高的今天，这种认识就非绝对正确，在特定的情况下，空车的耗能大于重车的耗能，甚至远大于重车的耗能。 假定有一可在轨道上推行的轻便箱式车，其正面面积为5.6m2（相当于敞车的正面面积），内装重物10吨，在零级风时，一人用50公斤的力就可克服摩擦而推动。去重物并把此空车置于八级风的迎风面上（相当于时速70公里的敞车相对速度）。根据气象局规定的八级风的陆地特征是：“小树枝折断，人不能顶风行走。”5.6m2大致相当于七八个成年人的人体正面面积，那么此时七八个人推不动此空车。零级风，一个人可以推动一个重车；八级风，七八个人推不动一个空车。就是在这种特定的情况下，空车的耗能远大于重车的耗能。后面将用公式的计算，证明此假设。 我国北煤南运的敞车，由于满载，气流只是从车顶掠过，也由于车顶煤块过小，其阻力可以略去不计，又由于车箱两侧的粘滞阻力，车箱后的压差阻力，空实车均相等，唯独不同的是气流达不到后箱板，对后箱板而言就是零级风；空返时，时速70公里的空气分子撞击后箱板就是八级风。这八级风产生的阻力严重地阻碍火车前进，为此必须增加动力，从而加大能耗。 2、轿车风阻耗能占输出功率的80%，而煤车风阻耗能占96% 众所周知，轿车的设计者为了减少空气阻力，尽量采用圆滑流畅的曲线，用以减弱空气阻力，甚至连门手把这么一点些微的阻力都在考虑之列。尽管如此，风阻仍然耗去轿车的绝大部分能量。据有关资料表明，一辆时速100千米的轿车，其发动机输出功率的80%用来克服空气阻力。而敞车的形状根本无曲线可言，气流几乎是垂直作用在后箱板上，因而其风阻耗能更远大于轿车的耗能。为了进一步弄清敞车的耗能情况，现仍以时速100千米的敞车作对照。 前已所述，由于相对气流只是从实车顶部掠过，风阻耗能可以略去不计，而两侧的粘滞阻力，车后的压差阻力，空实车均相等，所不同的只是实车的正压力为82吨。在100000米的路程上，此摩擦作功为：0.005×82000×100000=4.018×108焦耳。 由以上计算的结果，可以得出两个结论：第一，时速100千米时，空车的耗能7倍于重车的耗能，与前面的假设基本相符；第二，空实车往返总耗能为3.2304×109焦耳。风阻耗能基本耗去往返输出功率的84%。(往返压差阻力的耗能未计算在内)。还有一种更简便，更实际的计算方法，就是从一列煤车往返的耗油量中减去无用功的耗油量（这基本上是一个定值），剩下的就是有用功的耗油量，再从有用功的耗油量中减去往返摩擦力的耗油量（这是一个定值）。剩下的就是风阻的耗油量。这笔风阻耗油量就是一笔巨大的浪费。现在我国单位产值能耗比世界平均水平高出两倍多，其中就有它的一份。 假定全国运煤敞车平均距离为1000公里，且平均时速为70公里。根据以上公式计算的结果，每辆空返敞车相对气流作负功1.3345×1010焦耳；功已知，根据热功当量，可求出作此功所需的热；热已知，可根据每公斤柴油含热量6500大卡，算出每辆敞车为克服风阻需耗油490公斤，加上压差阻力的耗能，3000万辆次敞车，一年就耗去1500万吨能源。 3、用透风的方式，可使耗能677公斤的敞车下降到耗能187公斤 现在的敞车仍是史蒂芬孙在180年前刚刚发明火车时的原始雏形。在当时低速的情况下，此种车形尚可，但在火车不断提速的今天，风阻耗去输出功率的70——80%以上时就成了一个必须解决的问题。既然阻力是由箱板而生，解决的办法只能聚焦于箱板。由于世上能够减弱和消除风阻的除过流线体再就是网状结构（参看图2），而敞车又不可能设计成类似轿车的曲线，所以若要消除煤车的空气阻力，只有透风，除此而外别无其他选择。由于煤炭散装，箱板又必须是立式网状、立式抗压、网状透风。相对气流透过网孔，并从整个列车中穿堂而过，使整个列车的空气阻力几乎等于零，阻力等于零，能耗自然也等于零。这样使原来一辆时速70公里在1000公里路程上往返耗油677公斤的敞车，一下子可下降到187公斤。载煤时闭合隔板，又恢复为原来的形式。就这么一开一关，一年就可把1500万吨能源节省下来。陆地运输工具的能耗只耗在克服两种阻力，一是空气阻力，一是地面摩擦力。耗去输出功率百分之七、八十的空阻被消除了，自然就节能百分之七、八十，问题就这么简单。如果有用功的能耗降低，无用功的能耗也相应降低，那么节能值还会增大。还有一种解决的办法就是蜂窝状立式网状百叶窗。在宽10cm竖直立式的钢板中横着斜焊宽11.18cm的薄板即可,其倾角与水平成30°。上下左右距离均为5cm。 4、无阻力车箱的五优点 第一，百分之九十以上的气流透过网孔，阻力消失，节省能源；第二，从力学的角度看，在每辆敞车的箱板后面都形成一种涡流。此种涡流产生的阻力叫压差阻力。在低于声速时，压差阻力与敞车速度的平方成正比。由于气流通过网孔，背面的涡流不能形成，因而其压差阻力也将不存在。这是节能的第二个因素。第三，现代科技不断进步，各种运输工具都在不断提高速度。由于阻力与速度的平方成正比，因而提速后的能耗将大幅上升。以目前敞车为例，在1000公里的路程上，以时速70公里空返时耗油530公升，提速到时速100公里空返时，油耗的增加不是42.8%，而是96%，即1040公斤。而立式网状结构就提速不耗能，永远是40公斤的摩擦耗能。世上提速不耗能者唯此而已；第四，根据材料力学的原理，同一材料只要改变一下形状或状态，其抗压能力将会大大增强。立式网状就是这样一种情况，它使原来的平面变为竖直，就这么一竖，使原来的抗压强度一下子增加十数倍到几十倍。我作过试验，试验过网格中的一格，宽窄、薄厚，长短完全同于图2中的规定，在四角垫实，四边架空的情况下，加压到640公斤，经过检验，包括隔板在内都丝毫未见变形。由此判断，图中立式网状结构最低可承压40吨，两端共承压80吨；第五，把网格缩小，可用于非煤车的敞车，只要有空隙，就可透风，透一丝风，就节一分能，重要的是消除了背面的压差阻力。隔板一般可备而不用，甚至可不用隔板。 立式网状的优点是透风性可达百分之九十几，其缺点是隔板需人工开关。“百叶窗”的优点是无隔板，因而无须人工开关，但部分气流受阻，节能受限，且用料较多。其他还有自动开关的，如利用装煤时，车箱内煤堆不断胀大的推力，自动地把隔板分段推上。这种形式不用人工，也不阻碍气流，但自动化程度越高，发生障碍的几率也就越大。世上没有完美无缺的事物，这就是辩证法。 5、无阻力车箱的经济效益 以大同——秦皇岛线为例谈谈无阻力车箱的经济效益问题。该线每年运煤2亿吨，需敞车330万辆次。利用网状结构的无阻力车箱，在650公里的路程上，以时速65公里运行，根据计算一辆敞车可节能270公斤，330万辆一年可节能89万吨，约为总耗能的1/4，价值数十亿。两地雇工100人负责开关，每年工资只不过区区100万元。100万与数十亿相比，只不过是九牛身上的一毛。这笔经济帐是很划得来算的。 再算一笔经济账。原有有阻力的旧车不弃，加以改装就是新车。改装的办法简单易行，只是把前后平面箱板切下，焊接成立式网状箱板或“百叶窗”即可。改装一辆的费用估计约为1—2万元。改装后，每年可产生效益十三、四万元，十年就是一百三、四十万元。这是一种简便、节能、低成本、高效益，一本百利的事业，竭诚欢迎各方人士合作洽谈。

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