高速列车气密性问题研究进展及建议

随着列车运行速度的提高,车体表面及车内空气压力波动愈发剧烈,而列车通过隧道时,空气压力波动更为突出。车体表面产生剧烈的瞬变压力传到车厢内,会引起司乘人员耳感不适等问题;因此,对于高速列车气密性问题的研究显得尤为重要。本文回顾了国内外有关高速列车气密性的研究现状,介绍了高速列车气密性及舒适性相关标准,高速列车气密性评价标准的相关理论,分析了气密性实车试验相关研究。为深入研究高速列车气密性问题,需要针对典型线路、不同车型、不同修理等级前后的动态气密性开展实车试验,完善气密性实车试验测试技术,探究不同车内压力保护装置下的车体气密性,进一步为我国舒适性标准的制定提供数据支撑。     

高速列车隧道等速交会条件下人体舒适度分析

基于三维非定常黏性不可压缩Navier-Stokes方程和标准湍流模型,利用Fluent流体计算软件,建立高速列车隧道内等速交会数值计算模型.模拟同样外形的两辆CRH380HL型高速列车以4种车速在隧道内交会时气动作用力的变化过程,得出列车车体内外压力变化规律;运用车体内部瞬变压力计算公式计算车厢内压力,根据车厢内压力大小对乘客乘车舒适性做出评价.     

地铁活塞风作用下屏蔽门的气动特性分析

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准κ-ε湍流方程,采用有限体积法模拟列车在区间隧道内运行过程,研究了屏蔽门的压力变化机理和压力时空变化特性,并分析了列车运行速度、阻塞比、活塞风井面积、风阀状态和区间隧道通风方案等诸多因素与屏蔽门压力之间的影响关系.结果表明:屏蔽门压力变化主要是由列车的有压科特湍流和区间隧道内压力波两方面因素决定,其中有压科特湍流是主要影响因素;屏蔽门压力与阻塞比和列车速度的平方呈正比;增加活塞风井面积、打开活塞风阀有利于降低屏蔽门压力.结构校核时需要考虑区间隧道排风模式对屏蔽门压力的影响.     

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.     

高速列车气动性能的尺度效应分析

采用数值模拟方法,研究高速列车在不同运行工况(明线运行、明线交会、隧道通过以及隧道交会)下的尺度效应,探析模型缩比对列车气动力及表面压力的影响规律.结果表明:模型缩比越小,头车及整车的阻力系数越大,升力系数越小.对于单车过隧道以及隧道内交会,模型缩比的变化不影响车体表面测点的压力幅值在车体长度方向的分布特性.当列车全尺寸交会时,车体表面压力变化幅值最小.在不同运行工况下,当模型缩比为1/20时,车体壁面的压力变化幅值最大,相对全尺寸工况,幅值增加最多可达6%.研究结果可为将列车小尺度模型缩比试验外推到全尺寸时的数据修正提供理论依据,同时为模型缩比的风洞试验以及动模型试验的方案设计提供指导.     

基于MSC.Dytran的高速列车过隧道三维数值模拟

利用美国MSC.Software公司的MSC.Dytran和MSC.Patran软件建立了D字头高速列车过隧道时的有限元模型,并利用MSC.Dytran的流固耦合算法,对高速列车入隧道的冲击波响应进行三维数值模拟,经过与试验测试结果对比,得出MSC.Dytran的动力学分析结果与实际情况基本符合的结论.     

川藏铁路线路坡度对动车组隧道通过气动性能的影响

为研究川藏铁路线路坡度对长大隧道内运行动车组气动性能的影响,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对列车通过不同坡度的长大隧道气动性能进行数值计算,分析了线路坡度对列车通过隧道时气动阻力及压力波的影响.研究结果表明:上坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈减小趋势;下坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈增大趋势;列车上坡通过隧道时平均阻力明显大于相同坡度下坡时的平均阻力;上坡通过隧道时气动阻力最小值出现在列车车头驶入隧道时刻,气动阻力最大值出现在车尾驶入隧道诱发的膨胀波传至车头时刻;平直坡道通过隧道的列车气动阻力在一定时间段维持恒定,而上下坡通过隧道的列车气动阻力达到最大值后一直呈减小趋势.     

女式连体泳衣压力对人体生理指标的影响

研究了女式连体泳衣压力对人体生理指标的影响.选择10名既符合160/84A号型,又会蛙泳的女大学生为实验对象,用德国Novel公司生产的测量压力分布的传感器和日本生产的生理监测仪采集静止—运动—静止状态下人体的心率、血压等生理指标.实验结果表明:服装压力越大,不同运动状态下的收缩压、舒张压和心率有一定程度的下降;在运动状态时,心率和血压的变化比较显著,胸部的服装压力舒适阈值为0.98 k Pa,腹部的服装压力舒适阈值为0.48 k Pa;腰部的服装压力舒适阈值为0.39 k Pa.     

高速列车过双线隧道气动效应及列车风特性

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNG κ-ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究。通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。研究表明:隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最大正压值及峰-峰压力变化幅值分别相差13.1%和7.3%,近隧道侧列车风纵向速度分量与合速度最大值分别为远隧道侧的2.1倍和1.9倍,列车偏心通过对列车周围气动压力影响不大,而对列车风影响非常显著;列车表面边界层对列车风纵向分量影响显著,对横向速度分量和垂向速度分量几乎无影响;隧道内列车后方产生交替出现的复杂尾涡结构,与明线时差别很大;隧道内列车风风速衰减较慢,持续时间更久。     

基于MSC．Dytran的高速列车过隧道三维数值模拟

利用美国MSC．Software公司的MSC．Dytmn和MSC．Patran软件建立了D字头高速列车过隧道时的有限元模型，并利用MSC．Dytran的流固耦合算法，对高速列车入隧道的冲击波响应进行三维数值模拟，经过与试验测试结果对比，得出MSC．Dytran的动力学分析结果与实际情况基本符合的结论．     

动载荷下含水率对黄砂岩的分形特征及比表面能的影响

为了研究含水率对动载荷作用下黄砂岩比表面能的影响,首先设计了6种不同含水率（η=1.8%、2.1%、2.4%、2.7%、3.0%、3.3%）黄砂岩,对该批次黄砂岩利用霍普金森压杆在0.21 MPa气压下进行动态冲击;其次,对试验后碎块进行筛分,利用分形维数法探究其分形维数随含水率变化关系;最后,将不同粒径的碎块转化为该粒径范围内的球体,利用球表面积与耗散能获得黄砂岩的比表面能随含水率的变化关系。结果表明:随着含水率的升高,黄砂岩的粒径变小（由32.56 mm减小至16.83 mm）,减少了48.31%,分形维数变大（由1.875 0增大至2.316 3）,增加了23.54%;黄砂岩碎块的表面积增大（由169.89 cm²增加至510.00 cm²）,增加了200.19%,比表面能下降（从0.06 J·cm^-2到0.01 J·cm^-2）,减少了83.59%。     

小型储气罐火灾工况数值模拟分析

以某输气管线气液联动执行机构中的储气罐为例,利用Ansys Fluent软件建立同比例三维模型,模拟火灾工况下,外部热量不断输入,罐内压力和罐体温度随时间的变化情况。利用Aspen Hysys软件模拟计算该小型储气罐在火灾工况下安全泄放所需的最小安全阀口径。结果表明,当钢制储气罐外部发生火灾时,罐体温度和罐内压力急剧升高,在很短的时间内就能达到储气罐坍塌温度和储气罐设计压力;达到钢制储气罐坍塌温度的时间滞后于达到储气罐设计压力的时间;从安全的角度,设置安全阀可安全有效泄放气体,即使储气罐发生坍塌,也有助于降低事故发生的危害程度;确定的安全阀最小口径为0.03 cm²,建议选型的安全阀口径不低于0.05 cm²。     

山东胶东地区盘子涧金矿成矿流体He-Ar同位素地球化学特征

盘子涧金矿地处山东胶东地区蓬莱—栖霞金成矿带南部,是典型的石英脉型金矿,Au品位高,目前对该矿床成矿流体来源的研究尚不深入。在详细的矿相学观察及黄铁矿显微结构研究基础上,对盘子涧金矿主成矿阶段(石英-黄铁矿(绢云母)阶段和金-石英-多金属硫化物阶段)的载金黄铁矿进行了流体包裹体He-Ar同位素组成分析。结果表明:盘子涧金矿载金黄铁矿中流体包裹体的³He丰度为(3.49～8.50)×10^-14 cm³ STP·g^-1,⁴He丰度为(2.46～5.06)×10^-8 cm³ STP·g^-1,³He/⁴He值为0.8R_a～1.2R_a(R_a为大气³He/⁴He值,R_a=1.39×10^-6),成矿流体表现出以富集地幔为主导的壳幔混合特征; ⁴⁰Ar丰度为(1.02～2.65)×10^-7 cm³ STP·g^-1,⁴⁰Ar/³⁶Ar值为896.3～1 724.1,是大气饱和水⁴⁰Ar/³⁶Ar值的2～3倍,与中国东北部幔源岩样品⁴⁰Ar/³⁶Ar值相近,推测成矿流体主要来源于富集地幔,成矿流体中存在着一定量的地壳放射性成因⁴⁰Ar,表明地壳流体参与了成矿作用。综上所述,推断山东胶东地区盘子涧金矿成矿流体为以富集地幔流体为主导的壳幔混合流体。     

基于MXene气凝胶的微型超级电容器

刻蚀Ti₃AlC₂ MAX相陶瓷粉末得到单层和少层的Ti₃C₂T_x MXene纳米片，通过低温（-50 ℃）冷冻干燥，制备了具有多孔结构的Ti₃C₂T_x气凝胶（Ti₃C₂T_x aerogel）。利用光刻胶技术，在滤纸上刻出叉指状电极阵列，然后以Ti₃C₂T_x气凝胶为电极活性物质构建了全固态微型超级电容器（mSC）。电化学测试表明，当电流密度为0.5 mA/cm²时，基于Ti₃C₂T_x气凝胶的微型超级电容器的面积电容达到77.90 mF/cm²，是相同条件下纯Ti₃C₂T_x MXene微型超级电容器的4.17倍。功率密度和能量密度分别为0.29 W/cm3和9.89 （mW·h）/cm³，循环1 000次电容保持率为91.6%。因此，该高性能的微型超级电容器在柔性微电子器件中显示出巨大的应用潜力。     

燃料电池客车高压舱氢气泄漏扩散

为了探究通风面积和通风格栅的布置方式对燃料电池客车高压舱氢气泄漏扩散的影响,建立三维高压舱氢气泄漏扩散模型. 利用数值模拟方法进行研究,结果表明,针对所提到的燃料电池客车高压舱,当总通风面积为0.096 m²时,从氢气开始泄漏到舱内氢气摩尔分数降至安全值以下,所需时间为25 s;当总通风面积为0.128 m²时,所需时间为21 s. 通风面积的增加可以显著加快舱内氢气的扩散. 当通风总面积一定时,相对于增大单个通风格栅的面积,在垂直方向上增加通风格栅的数量能够更加快速有效地使泄漏出的氢气排至舱外. 研究揭示了高压舱内氢气的泄漏扩散过程. 当高压舱内部发生氢气泄漏时,泄漏出的氢气沿舱室两侧向顶部扩散,并在左右两侧最高处聚集,应将氢气浓度传感器布置在舱室左右两侧最高处.     

零重力模拟气动悬挂系统的建模及恒压控制

为模拟空间结构地面动力学测试时的零重力环境,针对研制的气动悬挂装置(PSD)采用比例流量阀开发了高精度的恒定气压控制系统.在分析了系统原理的基础上,建立压力控制系统的非线性数学模型.模型包含了比例阀的动力学特性、阀口流动的非线性、气缸容腔的压力动态和由实验结果拟合的气体泄漏.针对实现恒压控制的目标,采用输入输出线性化方法得到相对阶为2的等价系统,由于模型具有参数不确定和未建模动态特性,设计了基于观测器和等效控制的模糊滑模变结构控制器(FSMC).实验结果表明,设计的控制器对负载变化、气源压力变化、活塞运动和外部干扰均具有较强的鲁棒性,稳态压力波动小于26 Pa,实现了高精度的恒压控制.     

高速列车对复杂隧道内空气压力的影响

复杂隧道内空气压力特性是隧道设计的重要参数,必须进行深入研究。为提高试验中信号强度和改善测量精度,采用水流代替气流作为流体介质进行复杂隧道模型实验,并研究竖井及中隔墙对空气压力特性的影响。得出了高速列车不同运行速度时复杂隧道内不同位置处的空气压力变化规律,即竖井可明显地降低隧道内的空气压力峰值和梯度,而中隔墙将恶化隧道内的空气压力环境。因此,在可能的情况下,对于复杂体型的长隧道,应尽量布设竖井而避免中隔墙。     

泡沫镍表面负载NiCo2O4样品的制备及其电化学性能的研究

通过先水热合成,再煅烧的方法在泡沫镍表面原位生长了两种不同形貌的NiCo₂O₄阵列。分别对它们进行了X射线衍射（XRD）,扫描电镜（SEM）,循环伏安（CV）和恒电流充放电（GCD）等测试。结果显示,样品为纯相的NiCo₂O₄,在泡沫镍表面生长饱满且形貌均匀。同时,制备的样品电化学性能的测试显示：水热反应的混合溶液中的乙醇和水的比例为1：6条件下制备的样品在电流密度为3 mA/cm²的条件下,面积比电容达到了1.57 F/cm²;混合溶液中的乙醇和水的比例为3：4条件下制备的样品在电流密度为3 mA/cm²的条件下,面积比电容达到了1.28 F/cm²。本实验合成的样品倍率性较为良好。     

徽州传统民居室内环境及舒适度

以徽州传统民居为研究对象,通过对当地一幢典型传统民居进行为期一年的室内多项环境参数现场测试以及连续监测,从舒适性角度对民居室内环境进行研究。结果表明：徽州传统民居具有"冬冷夏凉"特性;夏季自然通风、遮阳以及隔热性能良好,其室内热环境较为适宜;冬季防寒保温及密闭性效果不佳,其室内热舒适性差;过渡季（春、秋季）室内热环境较好,人体热舒适性好。徽州传统民居室内具有较好的声环境,但是光环境不佳,大部分时段不能达到现代建筑采光设计标准。     

基于铁基钙钛矿制备原位析出型SOFC复合阳极

使用微量的Ni替换La0.5Sr0.5Fe0.9Mo0.1O3-δ(LSFM)中高价态的Mo离子,通过破坏其还原气氛下的稳定性,在阳极还原气氛下电极表面原位析出Fe-Ni合金纳米颗粒,从而制备出高催化性能的复合阳极催化剂,并对其作为SOFC阳极的性能进行电化学表征.实验结果显示,La0.5Sr0.5Fe0.9Mo0.0...