高速列车隧道会车压力波动问题

高速列车在隧道内会车有可能使列车侧壁上作用比明线会车时大得多的压力波动,原因是隧道入口压力波在隧道内来回传递并与会车形成的压力波叠加在一起形成复杂波系。列车上压力波如何变化,与隧道入口压力波有什么关系,可能达到多大的压力波极值,与会车速度是什么关系,这些一直是未能弄清楚的问题。通过计算流体力学三维数值分析,仿真计算列车在隧道内会车的动态过程,证明入口压力波效应与会车压力波效应的叠加关系,获得隧道内压力波在运动列车上的变化规律,得到隧道内可能的最大负压峰值计算式及其与会车速度的关系式,可为高速铁路隧道和高速列车气动设计提供参考。     

高速列车单车通过隧道压力波的研究

采用计算流体力学的数值计算方法对基于三维、瞬态、可压缩Navier-Stokes方程和κ-ε两方程紊流模型进行求解,模拟高速列车单车通过隧道时列车外流场的特性,分析高速列车单车通过隧道的压力波特性及阻力变化规律。结果表明列车单车通过隧道的压力波最小负压值与速度为二次函数的关系,列车阻力主要由压差阻力构成。研究结果可为解决隧道空气动力学问题提供参考依据。     

高速列车会车压力波对侧窗的影响

高速列车会车时产生的空气压力波动会给交会车辆的侧窗造成很大的冲击,有可能出现破窗事故,给乘客和列车运行带来安全隐患。以三维、非稳态、粘性雷诺时均方程和k-ε两方程紊流模型为基础,采用移动网格的有限体积数值计算方法,仿真分析5种车速(200km/h、250km/h、300km/h、350km/h、400km/h)条件下明线和长隧道内等速会车的动态过程。得到侧窗上完整的会车压力波变化曲线。计算结果表明,明线会车与长隧道内会车产生的压力波对列车侧窗的影响有很大的不同,长隧道内会车时在交会车辆侧窗上产生的气动负压波峰值比明线会车时产生的负压波峰值要大将近一倍,因此不能将明线上会车压力波变化结论外推到隧道内会车情况。以计算结果为基础,分析会车引起破窗的原因和评价侧窗强度的方法。在进行高速列车侧窗设计时,不但要考虑窗玻璃本身的抗冲击强度,还必须考虑列车侧窗的安装强度。相同面积的侧窗,周长大的车窗更有利。     

明线会车压力波幅变化规律研究

两列车高速相向运行过程中产生的气动压力波,有可能对列车及其线路造成不利影响,引起强度问题、运行稳定性问题、轮轨磨损问题和安全问题。特别是高速列车运营以来,世界各国的铁路工作者一直希望了解会车压力波随车速和线路间距等参数的变化规律,但至今仍没有一个统一的认识。依据计算流体力学方程,利用有限体积数值求解方法,仿真分析4.26～5.26 m,6种线路间距,从静止到500 km/h时速的38种会车速度,共计100余种运行工况下的会车过程,获得会车压力波幅系数、正压波幅系数和负压波幅系数与线路间距及列车交会速度间的变化规律,得到任意车速会车时三者间统一的关系式。可为高速列车设计和高速铁路建设提供参考。     

高速列车车体气动载荷疲劳强度分析

根据高速列车在线路运行实际情况设置了四种气动载荷工况:明线会车,隧道通过,隧道会车和侧风。将得到的四种气动载荷工况的数值施加到高速列车车体有限元模型上,对其进行气动载荷的疲劳强度分析。计算分析结果表明,四种工况下的最大应力都小于车体材料的许用应力,最大位移变形均发生在车体底部。在疲劳强度分析中,不仅考虑了垂向、横向和气动载荷的组合,也考虑了纵向和气动载荷的组合。根据疲劳评定结果得知安全裕量最小为2.93MPa,安全系数最小为1.083;根据疲劳分析结果得知:车体结构在气动载荷作用下满足疲劳强度要求,车体承受较恶劣的工况是同时承受气动载荷和纵向载荷。     

高速列车通过隧道时的压力波动问题

高速列车通过隧道时将会在隧道内引起相当复杂的气体压力波动,这是由于列车进入隧道时在隧道入口产生的压力波在隧道内来回传递并与列车经过时的气体压力扰动相互叠加的结果。从车体强度设计和列车运行安全性角度考虑,希望了解隧道内可能的最大气体正、负压力大小及其发生位置;气体压力波动与列车运行速度的关系。通过流体力学方程三维动态数值计算,仿真分析列车高速通过隧道的过程。计算结果证明了入口压力波效应与列车经过的扰动效应的叠加关系,得到列车通过时隧道内最大正压和最大负压发生的可能位置,以及最大正压值与最大负压值与车速间的关系式。可为高速铁路隧道和高速列车设计提供参考。     

高速列车横风作用下的非定常气动载荷计算模拟

为模拟横风环境下高速列车所受气动载荷,选择Karman修正风速谱为目标谱,采用线性滤波法（AR模型）模拟了随列车移动点的脉动风速时程。基于风速风压关系,分析了气动载荷的计算方法,引入气动导纳函数,计算了高速列车横风作用下的非定常气动载荷,最后通过MATLAB编程实现非定常气动力的模拟。通过对列车运行速度70 m/s、平均风速为25 m/s工况下的脉动风速及非定常气动力的计算模拟,结果表明,风速时程能量主要集中在0~3 Hz频域段,与列车系统固有的一些振动频率相近,存在引起列车系统共振、引发倾覆事件的可能。     

高速列车会车横向冲击的半主动控制研究

铁路高速化使得车辆在行驶过程中受到的气动冲击加剧,严重影响车辆的乘坐舒适性。为了改善高速列车乘坐的舒适性,研究了高速列车会车横向冲击的半主动控制方法。建立车辆系统动力学模型,分析会车振动的传递特性和天棚阻尼控制方法的局限性,针对会车横向振动特性提出会车横向冲击半主动控制方法,对车辆气动冲击进行控制。利用计算机仿真方法验证会车控制的效果。结果显示,控制后由会车气动冲击引起的车辆横向振动平均减幅达到35%～45%。     

二维随机风下高速列车非定常气动载荷研究

为研究自然风下高速列车的气动载荷特性,基于Cooper理论和谐波叠加法建立考虑自然风纵向脉动分量和横向脉动分量的二维随机风数值模拟方法,通过对比纵向脉动分量和横向脉动分量的模拟功率谱密度与目标功率谱密度,验证随机风数值模拟方法的正确性,并建立二维随机风下高速列车非定常气动载荷的计算公式。数值计算时,列车速度为200~400 km/h,平均风速为10~35 m/s,计算结果表明,随机风具有较大的横向脉动分量,其波动程度略小于纵向脉动分量的波动程度。无论是否考虑随机风速横向脉动分量,高速列车非定常气动载荷均近似服从正态分布。随机风速横向脉动分量对非定常气动载荷的均值几乎没有影响,但使非定常气动载荷的标准差有所增大。     

高速列车隧道通过对车内流场影响研究

列车高速过隧道时诱发的压力波通过新风口传入车内,给旅客乘车舒适性带来严重影响。为验证高速列车隧道通过时空调系统的工作性能和探究车内流场的变化规律。构建列车车厢与空调管路系统的整体模型,基于计算流体力学方程,利用有限体积数值求解方法,引入数值传热项,模拟分析高速列车通过隧道时新风口压力变化对客室内流场产生的影响。结果表明:隧道通过时空调换气系统中的压头风机能有效抑制外界压力波动,使车内压力变化很小;车内温度变化范围在(297~299)K之间,满足舒适性要求;新风口压力的突然变化有可能导致客室内风速变化,变化幅值均小于0.5m/s,满足舒适性要求。可为高速列车空调系统的改进提供理论依据。     

空气动力套件对汽车气动性能影响的研究

随着计算机技术不断地高速发展,在越来越多的汽车以及车身附件的开发设计过程中运用了计算流体力学(CFD)方法。以计算流体力学为理论基础,以简化处理后的某型SUV模型作为研究对象,以CATIA、ICEM-CFD以及ANSYS-FLUENT作为研究工具对汽车的气动性能进行研究。通过仿真计算得到了原始模型和三种加装气动套件模型的车身阻力系数和升力系数。综合动力性、经济性、稳定性对计算结果进行对比,分析了加装不同气动套件汽车的气动性能差异以及产生这些差异的主要原因,并根据不同需求选出合适的加装方案。     

全方位越障机构的设计

对一种具有越障功能的轮式全方位移动机构———车轮组机构进行了研究 ,详细论述了机构的组成和设计要求。该机构不仅能够实现平面上的轮式快速运动 ,而且能够越过一定高度的障碍。该机构不需要传感装置来检测障碍 ,不需要复杂的辅助机构来实现平面上运动和越障运动之间的转换 ,实现机构简单     

应用正交试验法冷却风机结构参数优化设计

强制通风冷却是电驱动式自卸车轮边驱动电机冷却的重要形式,需要设计专门的冷却风机和冷却风道,冷却风机的性能直接影响系统的正常工作;安装空间限制了冷却风机的尺寸,根据某车型的结构尺寸和冷却系统的结构特点,选用离心式冷却风机,对其结构参数进行设计和分析;基于计算流体力学仿真分析对影响风机性能的结构参数进行单因素分析,获得参数...     

Positioning of Hydrodynamic Lift Features on Non-Contacting Mechanical Gas Seal Rings

Most analytical studies published on gas seals assume that grooved rings remain stationary while plain face rings rotate, regardless of which ring actually rotates. Indeed, examination of the simplified equations for thin fluid films reveals no difference whether the ring with the hydrodynamic lift features rotates or the plain face ring rotates, so long as rotation occurs in the proper direction for positive pressure and film stiffness generation. Suggestions have been made that differences exist between the two scenarios, especially when considering flow patterns and inertial effects of working fluid within the gas film and face grooves. In the present study, Computational Fluid Dynamics is used to examine these issues. Since the full Navier-Stokes equations are solved, simplifying assumptions become unnecessary. While the CFD results of the present study indicate the equivalency of the two rotational conditions, the details of the pressure development and velocity variations within the fluid film and face grooves of a barrier gas seal give further insight into how these seals perform.     

新型甲醇油气混合器的研究

随着对汽车节能和环保的要求日益提高,发展汽车代用燃料已经成为必然.甲醇是一种比较理想的代用燃料,为了实现甲醇裂解气在发动机进气道内充分混合,设计了不同结构的混合器.利用计算流体力学软件fluent,对混合器内流场进行模拟计算;最终结果表明能够更好地满足裂解气和空气的混合要求.     

钝尾缘风力机翼型气动性能计算分析

钝尾缘风力机翼型有较好的结构和气动性能,是目前多被用于大型风力机叶片靠近轮毂区域的选定翼型.但钝尾缘翼型也有缺点,易产生大的脱流涡,这会降低叶片的气动性能.为了更好地研究钝尾缘翼型的性能,以了解其气动性能的降低能否与其结构性能的优化相匹配.采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,对薄尾缘翼型S809和改进的钝尾缘翼型S809-100的性能进行模拟和对比,结果表明相对于薄尾缘翼型,钝尾缘翼型可以增大断面的最大升力系数和升力曲线斜率,并可以降低翼型污染对翼型升力影响的敏感度.     

风力机叶片气动载荷的优化研究

为了研究垂直轴风力机的叶片气动性能,利用流固耦合法模拟了垂直轴风力机在实际工况下的气动载荷分析,模拟结果表明,由于翼型后部较薄,受到的变形应力最大。为了避免因叶片变形而引起风力机整体气动性能下降,提出了通过加大翼型后部厚度的方案来提高叶片的强度,并通过数值模拟对改进后的翼型做了气动性能分析,得出了适当的增加翼型后部厚度,并不会对翼型气动性能造成太大的影响,验证了此方案的有效性。这些研究结论为今后垂直轴风力机的设计制造提供了一定的参考依据。     

Numerical Prediction of Acoustic Sounds Occurring by the Flow Around a Circular Cylinder

Acoustic sounds generated by uniform flow around a two-dimensional circular cylinder at Re=150 are simulated by applying the finite difference lattice Boltzmann method. A third-order-accurate up-wind scheme is used for the spartial derivatives. A second-order-accurate RungeKutta scheme is also used for time marching. Very small acoustic pressure fluctuation, with same frequency as that of Karman vortex street, is compared with pressure fluctuation around a circular cylinder. The propagation velocity of acoustic sound shows that acoustic approaching the upstream, due to the Doppler effect in uniform flow, slowly propagates. For the downstream, on the other hand, it quickly propagates. It is also apparent that the size of sound pressure is proportional to the central distance τ^-1/2 of the circular cylinder.     

不同侧风下的汽车气动特性模拟研究

在侧风为0、1、2-10m／s的情况下,利用计算流体力学软件ansys cfx对某型号简化汽车模型进行数值模拟,并对结果进行处理与分析。分析结果表明,随着侧风的增大,侧向力和升力增大显著。而阻力受侧风影响不大。侧风的增大使得升力、侧向力明显增大,进而严重影响了汽车的行驶稳定性。