不同强度侧风对轿车气动特性影响的瞬态数值模拟研究

为研究典型轿车在不同强度侧风影响下的气动特性,通过用户自定义函数实现计算网格的动态更新和侧面入口速度随时间的变化,动态模拟了汽车行驶通过一个侧风速度随时间不断增强的区域,对不同强度侧风下汽车的气动特性进行了瞬态数值模拟研究。研究结果表明,阻力、侧倾力矩和纵倾力矩受侧风影响不大,而升力、侧向力和横摆力矩受侧风的影响显著。随着侧风的增大,升力、侧向力和横摆力矩明显增大,严重影响了汽车的行驶稳定性。     

侧风影响下桥上行驶的重型货车气动特性模拟

采用数值模拟的方法研究了重型商用货车在无侧风和侧风分别为10、20、30m/s的4种工况下在公路高架桥上行驶的气动特性。研究了不同强度侧风及桥梁护栏影响下,卡车周围流场的变化,以及卡车的气动特性。研究发现:存在侧风时,由于桥梁护栏的存在,卡车和护栏之间会产生较强的涡流,卡车周围的流场随侧风强度不同也会产生明显的变化。卡车的气动特性也与在平地上遭遇侧风稍有差异,其阻力会随侧风强度产生线性变化。     

风-雨荷载下大型冷却塔内压作用

为了探讨暴风雨气候下降雨对大型冷却塔的影响,本文展开了风雨两相流模拟以及内表面气动力研究。以某210 m高超大型冷却塔为研究对象,以风-雨耦合算法为核心,基于计算流体动力学方法分别采用连续相和离散相计算模型展开风场和雨场的数值模拟。在此基础上,研究9种不同风速-雨强组合对塔筒内表面雨量、雨荷载和等效内压系数等的影响规律,揭示风-雨耦合作用下塔筒内部速度流线和雨滴轨迹的作用机理,最终提炼出最不利组合工况并分析其等效内压系数分布特性。研究表明:风-雨荷载下冷却塔塔顶内表面背风区的雨致压力系数不能忽略,最大数值可达0. 003 8。结论可为此类冷却塔在极端天气下的内表面压力取值提供参考。     

基于模型预测控制的汽车侧风稳定性研究

针对汽车高速行驶时在侧风环境下的气动稳定性问题,建立汽车多体动力学与汽车空气动力学的动态耦合模型,研究基于模型预测控制的主动转向控制对汽车侧风稳定性的影响,对比分析某轿车在有、无主动转向控制的动力学与流场响应.研究结果表明:高速行驶车辆在侧风作用下,有、无基于模型预测控制的主动转向的最大侧向位移分别为0.23 m与1....     

动叶片重叠系数对油气混输泵外特性的影响

利用Fluent流场模拟软件,对轴流式油气混输泵不同的动叶片重叠系数下不同含气率进行流场模拟,得出其动叶、静叶压力场及速度分布,进而得到不同工况下整机效率及扬程曲线.通过对数值模拟结果进行分析,可知选用动叶片重叠系数大于1时可以提高整机性能.     

高速列车横侧风下的气动力特性研究

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变。基于3维非定常不可压缩流动的Navier-Stokes方程,采用LES湍流模型和有限体积法,对CRH2动车组以250、300和350 km/h的速度在28.4 m/s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了动网格的动态数值模拟计算。结果表明:侧风下运行时,列车的背风面存在着复杂的多旋涡涡系,旋涡由列车底部和顶部交替卷起,不同车速时的流场结构均相似;背风面旋涡的破裂造成列车尾车侧力的强烈振荡,对列车的运行安全有很大影响。     

高速公路隧道口液态防风栅流场数值分析研究

采用CFD数值模拟的方法研究液态防风栅对某高速公路隧道口的防侧风作用.首先建立气液耦合模型,给出了对其相互作用进行高效数值计算的方法,对侧风与液态防风栅共同作用下产生的流场做了分析解释,研究了不同液态防风栅喷口在相同水流初速下的挡风性能.结论如下:液态防风栅以消耗风能为主要方法,产生的加速区风速小,液态防风栅后流场气流流动较为有序,挡风耗能保证行车安全的作用明显;40mm喷口的液态防风栅能起到较好的防侧风效能,宜布设在距高速公路11m处.该研究成果为侧风灾害防治提供了一种环境友好、对安装结构气动影响小、挡风墙后气流稳定的技术,对高速公路隧道口、跨海大桥的侧风防治提供了重要依据.     

四角切圆燃烧锅炉燃尽风反切燃烧方式的模拟研究

为了研究炉膛出口烟温、烟速偏差的形成机理,解决四角切圆燃烧锅炉炉膛出口的烟温差、烟速偏差过大的问题,基于Fluent软件,采用燃尽风反切技术,对某电厂一台350 MW的超临界四角切圆燃烧锅炉炉内流场进行了数值模拟,在燃尽风风率保持在0.25不变的情况下,通过分析比较不同燃尽风反切工况下炉内的流场、相对切圆直径、炉膛出口残余旋转强度、速度分布不均匀系数的变化,得出以下结果:燃尽风反切角度在15°时,炉内气流稳定,炉膛出口气流旋转强度较弱.该结果对新建机组的设计和在役机组的改造具有参考价值.     

覆冰导线在斜风下的气动力特性试验和数值模拟

斜风作用下,输电线覆冰舞动往往为控制工况。基于斜风下的输电线气动特性是影响舞动的关键因素。文章主要研究新月形覆冰导线在斜风作用下的空气动力特性,新月形覆冰导线随着风向角的变化,及其三分力系数曲线变化。文章对斜风下覆冰导线三分力系数对传统的斜风分解法进行检验,运用计算流体力学软件Fluent进行数值模拟和风洞试验两种不同方法,对覆冰导线在斜风下的气动力特性进行研究,把风洞试验的测得数据和数值模拟得到的结果进行比较得出,数值模拟和试验结果吻合的很好。     

侧风作用下桥上车辆的气动力特性及安全评价

以大客车、小汽车、半挂车车身为研究对象,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值方法对风-车-桥耦合的车辆气动力特性进行了分析研究。模拟计算了不同工况下车辆的气动力系数,分析了车辆气动力的变化规律,计算出车辆发生侧倾、侧滑的安全临界风速。研究表明,不同车辆类型行驶于不同截面类型桥梁位置时车辆的气动力特性差异较大,进行车辆的安全性分析时车辆气动力系数应考虑车辆类型、桥梁截面形式、车辆的位置以及车辆所受的合成风偏角的影响。     

侧风作用下货车和小汽车行驶稳定性对比分析

为对比侧风作用下货车和小汽车的行驶稳定性,基于8自由度驾驶模拟器,构建了侧风作用下山区高速公路桥隧连接段驾驶模拟平台。招募30名驾驶员进行6种侧风工况下的驾驶模拟实验,采集侧风作用下的侧向位移、横摆角速度、侧向加速度等车辆动态响应和驾驶员反应数据,探讨厢式货车和小汽车的侧滑稳定性、横摆稳定性以及侧翻稳定性。并基于静态稳定系数提出了侧倾比的概念,用于比较不同车型的抗侧翻能力。研究结果表明:在桥隧连接段行驶时,侧风作用下小汽车更易产生侧滑,但厢式货车在持续侧风作用下的侧向偏移更严重;驾驶小汽车相对于驾驶厢式货车能较快地对侧风环境做出响应,侧风感知时间较短;侧风作用下厢式货车更易出现侧翻失稳现象,且在驶出侧风作用区域后仍存在一定侧翻风险。     

横风作用下大跨度人行悬索桥振动使用性研究

为了研究大跨人行悬索桥(LSSF)由横向风引起的振动舒适性问题,以主跨为460 m的柔性人行桥为对象,利用谱表示法生成不同湍流强度下的脉动风时程. 基于数值模拟方法识别的18个颤振导数,计算有理函数表达的自激力. 通过横风作用下的非线性抖振响应时域分析,比较自激力和结构阻尼对抖振响应的影响,分析湍流强度对抖振响应和舒适性的影响,讨论具有不同设计参数的中央扣和抗风缆对减轻桥梁抖振响应的效果. 结果表明,自激力对大跨度人行悬索桥的抖振响应有不可忽视的影响;在平均风速为15 m/s的横风作用下,湍流强度增加50%,桥梁的抖振响应增加30%~68%;中央扣能够明显减小1/4跨和3/4跨的竖向振动;增加抗风缆刚度能够有效减小竖向及跨中横向振动.     

Study on the flow behaviour and aerodynamic noise characteristics of a high-speed pantograph under crosswinds

The aerodynamic noise of high-speed trains increases significantly under crosswinds. Researches have typically focused on the characteristics of aerodynamic loads and the corresponding safety issues, with less attention to flow-induced noise characteristics. In the present paper, the near-field unsteady flow behaviour around a pantograph was analysed using a large eddy simulation. The far-field aerodynamic noise from a pantograph was predicted using the Ffowcs Williams-Hawkings acoustic analogy. The results showed that asymmetric characteristics of the flow field could be observed using the turbulent kinetic energy and the instantaneous vortexes in crosswind conditions. Vortex shedding, flow separation and recombination around the pantograph were the key factors for aerodynamic noise generation. The directivity of the noise radiation was inclined towards the leeward side of the pantograph. The aerodynamic noise propagation pattern can be considered as a typical point source on spherical waves when the transverse distance from the pantograph geometrical centre is farther than 8 m. The sound pressure level grew approximately as the 6 th power of the pantograph speed. The peak frequency exhibited a linear relationship with the crosswind velocity. The numerical simulation results and wind tunnel experiments had high consistency in the full frequency domain, namely, the peak frequency distribution range, the main frequency amplitude and the spectral distribution shape.     

环境侧风对高位冷却塔空气流场的影响

高位冷却塔是在自然通风逆流湿式冷却塔基础上改进的一种新型冷却塔。介绍了高位冷却塔的结构原理;比较了在无环境侧风以及各种常见风速下,高位冷却塔塔内外空气流场的变化。结果表明,环境侧风对高位冷却塔有不利影响,应该从消除或减少侧风对冷却塔塔内外流场对称性的破坏方面进行优化。     

钢烟囱横风向风振的防止

介绍了某烷基苯装置中钢烟囱横风向振动及防止的措施。通过理论分析、数据计算,防止横风向振动措施的比较,参考以往实践与模拟实验的数据,采用安装螺旋翅片破涡器来化解钢烟囱横风向的振动。     

尾板对重型载货汽车尾部流场的影响

为了降低风的阻力,对某牵引式重型载货汽车加装了4种不同形式和尺寸的尾板。并采用数值仿真的方法分析了尾板对流场的影响,探索了风阻产生机理和降低原因。仿真工况模拟正常车辆行驶速度25m/s,未考虑侧风影响。计算结果表明:安装4种尾板后风阻系数均有降低,降幅最大为2.8%,获得了较满意的降阻效果。对比分析了4种方案的整车气动阻力系数、流速分布及总压为零等值面的计算结果。研究发现:尾板对车身周围气流的影响集中在货箱尾部,改变了尾流中原有的环形漩涡结构,从而降低了风阻。     

侧向风干扰下的汽车主动前轮转向最优控制

侧向风对汽车行驶操纵稳定性有重要影响.通过分析侧向风干扰下车辆稳定性,提出基于主动前轮转向(active front wheel steering,AFS)的控制策略.AFS控制器采用线性二次型最优控制算法,以实现横摆角速度和质心侧偏角目标值跟踪.为了评价控制算法,基于MATLAB/Simulink和CarSim协同仿真环境建立整车动力学模型、单点预瞄驾驶员模型、控制器模型、道路和侧向风模型.仿真结果表明,AFS可有效提高车辆在侧向风干扰下的操纵稳定性,且控制算法对车速和路面附着系数具有良好的鲁棒性.     

半结构网络的数据结构及寻址方法研究

车身外流场的网格生成是进行数值模拟的一个关键技术及前提。文中描述了三棱柱半结构网络的生成方法，采用了与二维三角形相似的数据结构来定义空间三棱注网络，并构造了合适的寻址算法，减少了流场中对内存的需求量和寻址时间。