隧道中高速列车空气阻力的水流模型实验

为探求不同隧道设计体型中高速列车的空气阻力变化规律,在保证阻力相似的前提下,以京沪高速铁路南京越江隧道初设方案为原型,用水流代替气流作为流体介质进行了模型实验,给出了SS8型列车通过南京越江隧道时空气阻力的变化规律.实验发现,竖井可以降低空气阻力最多达8.0%;隔墙将增加10.0%左右的空气阻力.建议京沪高速铁路南京越江隧道采用单孔双竖井方案.     

Numerical simulation and analysis of aerodynamic drag on a subsonic train in evacuated tube transportation

Railway Engineering Science - The aerodynamic drag on a train running in an evacuated tube varies with tube air pressure, train speed and shape, as well as blockage ratio. This paper uses numerical...     

Aerodynamic drag analysis of double-deck container vehicles with different structures

To study the aerodynamic performance of a new six-axis X2K double-deck container vehicle,numerical simulation was done based on three-dimensional,steady Navier-Stokes equations and k-ε turbulence model.The results show that the pressure on the front surface of vehicle is positive,and others are negative.The maximum negative one appears as a gate shape on front surfaces.The pressure on vehicle increases with train speed,and pressure on vehicles with cross-loaded structure is smaller than that without it.The ...     

高铁运行经过地下站台的气动风场研究

为了研究高速列车运行经过地下车站时的气动效应,为地下高铁站设计提供参考,以某地下高铁站为背景,采用数值模拟的计算方法,建立了站前隧道-地下车站-列车的数值模型。运用滑移网格的计算方法,对列车运行经过地下车站的情况进行模拟。列车运行时速选定200、250、300和350 km/h,站台上布置25个测点进行监测,研究列车运行时速和站台位置两种因素对站台上气动风场的影响。结果表示:(1)站台上的气动效应随列车运行时速越高变化越大;(2)列车经过地下站台后还会产生不可忽视的尾波;(3)站台上气动风场波动值最高的位置是站台入口处。     

地铁列车车头的紊态外流场数值仿真研究

基于结构动力学和空气动力学理论,以三维不可压缩黏性流体的Navier-stokes方程和k-ε双方程紊流模型为基础,推导建立了地铁列车车头的空气动力学模型.对具有流线型头部形状的地铁B型列车以及通过变化流线型头部纵剖面或流线型头部长度设计出的3种新型列车车头的周围流场进行数值仿真.分析了地铁车辆在隧道中运行的动力学特性、气动特性、压力分布及其阻力系数,优化了车头流线型造型,达到了既减小车头气动阻力又使车头美观大方的目的.     

高速铁路地下三岔口隧道压力变化数值模拟

为了研究高速铁路地下三岔口隧道内的空气动力学压力场,给出列车穿越地下车站时压力变化的三维黏性流场数值模拟过程.研究结果表明:列车从双线隧道过渡到单线隧道时,双线隧道内同一个测点的最大压力要大于列车从单线隧道过渡到双线隧道时产生的压力;而列车从双线隧道过渡到单线隧道时单线隧道内同一个测点的最大压力要小于列车从单线隧道过渡到双线隧道时产生的压力.其次,在过渡段内,隧道横断面越大,最大压力值越小,且与列车的运行方向无关.当列车会车于过渡段中部时,隧道内压力变化的最大值明显比单线隧道穿越过渡段时的要大很多,但不会达到2倍.     

Numerical study on the restriction speed of train passing curved rail in cross wind

The results of numerical investigations of aerodynamic forces and moment coefficients of flow passing a simplified train geometry under different wind speeds are summarized. To compute numerically the different coefficients, the three-dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, combined with the k-ε turbulence model, were solved using finite volume technique. The pres-sure-velocity fields were coupled using the SIMPLE algorithm. At each iteration the pressure correction was obtained by sol...     

车辆外风挡结构对高速列车横风气动性能影响

采用三维、定常、不可压缩雷诺时均(navier-stokes, N-S)方程和重组化群(renormalization group, RNG) κ-ε双方程湍流模型,模拟3车编组高速列车气动性能。通过改变侧滑角研究不同风挡结构对列车气动性能影响。所选数值算法经过风洞试验验证,结果与试验数据变化规律一致,幅值相差不超过10%。不同风挡下列车表面压力系数沿车长分布规律一致,且幅值接近,风挡处车体表面压力系数差异显著,出现翻倍情况。随侧滑角增大,靠近风挡处列车表面压力系数分布发生明显变化。随侧滑角增大,不同风挡形式下的压力系数差异越显著,最大可达176%。随侧滑角增大,风挡的影响越显著;列车侧向力系数、升力系数和倾覆力矩系数的最大差异分别为17.71%、6.35%和7.52%;全封闭式风挡的列车抗倾覆能力相对最优,半风挡和平滑风挡对减小风环境下列车阻力有明显效果。     

横风速度对单线高架桥上高速列车气动特性影响

为了节省宝贵的土地资源,高架桥结构在现代高速铁路建设中被大量采用,在高架桥上行驶的高速列车随着合成风向角的变化,其气动特性呈规律性变化,以此采用计算流体力学方法来研究横风速度变化对高速列车气动特性的影响.通过合理划分网格、选取合适的湍流模型、设置正确的边界条件来提高数值计算精度,模拟结果表明：随着横风速度的增加,头、尾车阻力明显增加,头车上的侧翻力矩也明显增加;没有横向风时由于单线高架桥的对称结构,高速列车基本不受侧向力作用.     

高速电梯气动特性研究与优化

为优化高速电梯的气动特性,从而为电梯轿厢确定合理的导流罩方案,采用CFD数值计算模拟方法,针对某公司开发的载重量为1000kg,运行速度为6m/s的单井道高速电梯进行数值模拟计算和优化.主要内容包括:对高速电梯轿厢原型进行模拟计算,找到其气动特性方面的主要缺陷;提出优化方案:电梯轿厢的顶部和底部加装导流罩,通过比较方案的优化效果,认为在6种不同形式和高度的导流罩方案中,轿厢顶端和底部加装1.0m和1.4m高椭圆形导流罩的方案可有效地优化电梯轿厢的外形,减小电梯运行时的阻力、振动和噪声.     

基于FCE方法的超声速机翼厚度分布优化

远场组元(Far-field Composite Element,FCE)激波阻力优化方法是基于类别形状函数变换(Class Shape Transformation,CST)参数化方法发展出的一种超声速飞行器气动外形优化方法。文章使用CST参数化方法对超声速客机的大后掠机翼进行外形参数化,并以机翼容积和局部相对厚度为约束条件,使用FCE方法对其厚度分布进行以激波阻力最小为设计目标的快速优化。与原机翼相比,FCE优化方法使机翼激波阻力系数降低达61%,是超声速飞行器概念设计阶段降低激波阻力十分有用的优化方法。     

新型裙板对重型车气动特性的影响

应用数值模拟的方法,采用SST k-omega湍流模型,仿真分析了一种新型变速裙板对重型车气动特性的影响。本研究中不考虑侧风影响,仅模拟了以25m/s车速正常行驶时的流场特性。计算结果表明,采用加速裙板后模型较原始型风阻降低1.3%。鉴于原始型风阻系数已经较低,该结果达到了预期效果。分析发现,加速裙板的影响集中在尾流区,改善了尾部流场的环形漩涡结构,从而降低了风阻。     

高速集装箱平车空气动力学仿真研究

通过采用SST k-ω湍流模型对200km/h高速集装箱平车进行外流场分析,得到了集装箱平车表面压力分布、机车和集装箱受到的阻力以及车间流体速度分布,并对机车和集装箱相对高度差对列车空气阻力的影响进行了分析.研究结果表明：高速集装箱平车所受的空气阻力以压差阻力为主,并随着机车与集装箱平车相对高度的减小而增大.     

喇叭型隧道入口的空气动力学特性的试验研究

为了研究高速列车进入隧道时在隧道内所产生的压力波和向外辐射出去的微压波的规律,开发了一套以压缩空气作为动力来驱动列车模型的缩尺模型试验装置。通过模型试验系统对高速列车突入带喇叭型入口隧道产生的复杂压力场进行模拟,通过分析模型试验结果中的压力及压力梯度曲线所表现的规律,对喇叭型入口削减隧道入口处的最大压力和最大梯度值的效果进行了研究,结果表明:喇叭型隧道入口能够有效地减小压缩波和微压波的影响,其削减效果依赖于入口长度。     

声屏障高度影响列车气动特性的数值研究

基于计算流体力学方法,对双线高架桥声屏障高度影响高速列车空气动力特性进行数值研究,将声屏障分为6种不同高度,且分析时基于以下工况：不考虑横向风情况,列车运行时速为200 km.通过对列车所受气动力分析发现,中间车的气动六分力系数以及头、尾车阻力系数对声屏障高度变化均不敏感;声屏障高度只是对头、尾车的升力系数产生影响,且表现出一定的规律性;头车上的负升力随声屏障高度增加而缓慢增加,而对于尾车,随着声屏障高度增加,其正升力先增加,而后逐渐减小.     

阻力方向舵在飞翼式高空长航时无人机中的应用

根据飞翼式高空长航时无人机的风洞实验结果,分析了全机尤其是阻力方向舵的气动和操稳特性,据此采用经典方法设计了阻力方向舵的控制律,提出用阻力方向舵进行航向控制和速度控制的方案,并指出由于存在操纵耦合,有必要进行阻力方向舵和升降舵交联控制。非线性飞行仿真结果表明,阻力方向舵具有满意的航向和速度操纵能力,采用交联控制后速度响应更平稳,并可减小33的高度偏差和56的俯仰角偏差。     

沟槽面在湍流减阻中的应用

对近些年来的沟槽面湍流减阻技术的工业应用方向 ,沟槽的几何形状和尺度、流场压力梯度、沟槽面放置方式对于沟槽减阻效能的影响 ,沟槽面对于湍流边界层流动特性的影响 ,沟槽面的湍流减阻机理几方面研究进展进行了综述。从湍流拟序结构理论出发提出 :具有减阻效应的沟槽面不但能通过控制低速制条带间距来降低湍流“猝发”频率 ,而且在“猝发”后的高速“下扫”过程中因其几何结构使藏在槽内的安静流体避免或部分避免因高速“下扫”而“诱导”出较大速度剪切层 ,从而实现减阻。同时指出需要利用先进的实验技术如PIV等图像处理手段并结合直接数值模拟对湍流边界层的瞬时流场进行研究 ,以其找出湍流边界层的流动结构及其运动规律。     

横风对高速动车组直线运行动力学性能的影响

通过建立高速动车组动力学仿真模型,分析了高速动车组在所受气动升力、侧力和倾覆力矩作用下的运行安全性.以某350 km/h动车组为原型,采用动拖动的编组方式,建立了列车动力学模型.动车转向架采用转臂式轴箱定位结构,二系悬挂由空气弹簧与横向减振器、抗蛇行减振器组成.研究常速横风及阵风对动车组各车的影响.仿真结果表明:横向风对脱轨系数、轮重减载率及轮轨横向力均有很大的影响,尤其是轮重减载率,在所计算的工况下,几乎所有的轮重减载率均超出了标准要求,因此在横向阵风的作用下,动车必须限速运行,否则会有脱轨的危险;另外,阵风对动车组的影响要大于常值侧风,并且横风对头车的影响比其他车辆要大很多.     

太阳能电动汽车车身设计及阻力研究

针对初期的电动汽车车身空气阻力较大的设计缺陷,利用Fluent软件研究太阳能电动汽车在水平路面行驶时的空气阻力特性及其与速度的关系,分析空气阻力计算结果,对车身模型重新进行优化设计,并对车身优化前后的空气阻力进行对比研究。计算结果表明,压差阻力是汽车所受空气阻力的主要成分,所占比例随行驶速度的增大而增加;空气阻力增大的幅度随行驶速度的增大而增大;行驶速度越快,减阻优化效果越明显;空气阻力的大小与进气口、车身后部的外形关系最大。     

某轿车气动特性的CFD分析及优化

以一轿车模型为研究对象,采用CFD仿真的方法,对其车身表面压力分布和车身周围气流状况进行了深入地分析和研究,阐明了轿车气动阻力产生的原因.为了实现对气动阻力的优化,结合全局优化方法和局部优化方法的优点,将迭代的思想引入局部优化方法中,通过迭代式的局部改型,保证了优化过程中气动阻力是一直降低的.结果表明,气动阻力系数由0.338降至0.317,降幅6.21%,取得了很好的效果.