动车组过隧道时设备舱气动效应动模型试验

随着高速铁路的快速发展,为了适应高寒多风沙环境,设计封闭式设备舱.在过隧道和交会等恶劣工况下,封闭式设备舱容易产生较大压差.采用动模型试验方法,对动车组以不同车速(200、250、300和350km/h)通过隧道和隧道内交会进行试验模拟,建立相应的数值计算模型来相互验证.结果表明,数值计算与动模型试验波形吻合,幅值相差低于6.8%.对于单车过隧道,车体表面和设备舱内压力峰峰值与车速的平方呈线性关系.对于隧道内交会工况,车表面压力对于速度更加敏感,车体表面压力峰峰值与车速的三次方呈线性关系.设备舱内压力峰峰值明显小于车外表面压力峰峰值.设备舱内不同位置处的压差峰峰值有明显波动,相对隧道中心交会而言,单车过隧道工况对速度更敏感.     

隧道工况下高速列车动态气密性数值分析方法

高速列车通过隧道或者在隧道交会时,产生复杂的压缩波和膨胀波,由于车体不能完全密封,导致车内压力发生跟随性变化,引起乘客舒适度降低的问题。通过建立高速列车车体内外流场的数值分析模型,在计算车体外表面压力波的基础上,以等效泄漏孔作为车体内外压力传递的接口研究车内压力的变化规律,提出了高速列车动态气密性指数计算方法。首先,对比等效泄漏孔建模中长细比及位置对车内压力的影响,确定了包含等效泄漏孔的车体内外流场准确的数值模型;然后,建立了高速列车-隧道CFD(computational fluid dynamics)模型,计算了高速列车隧道交会流场,获得了列车在隧道交会工况下车体外表面压力波;最后,将车体外表面压力波作为车体内外流场模型的激励,计算了车内压力变化,拟合数据后分析了车内压力变化率和动态气密指数,并与已有文献的实测数据进行了对比验证。结果表明：等效泄漏孔的建模应采用长细比大于1∶4的计算结果更合理;单节车气密性数值模型中泄漏孔的位置对车内压力影响不大;列车隧道会车工况下车体外流场大多处于负压状态,只有头车测点出现正压。所提的车体动态气密性分析模型能较好地模拟车内压力波动,在7.05 c...     

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.     

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.     

升力翼列车通过隧道的气动效应研究（英文）

升力翼列车是一种通过增加升力翼来提升气动升力的新概念列车,可等效降低自身重力,有效减少轮轨磨损。本研究基于RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格模拟方法,研究了不同攻角升力翼列车通过隧道的气动效应,并通过动模型实验数据对数值计算方法的精度进行验证。研究结果表明:升力翼列车进入隧道后列车升力增大,相较于明线,隧道内平均升力增加了33.3%;在进入隧道时攻角由12.5°减小为7.5°,可以较好地减小进入隧道时的升力波动,同时也可减小列车和隧道表面的压力峰值,有利于列车平稳通过隧道。通过对比有、无升力翼的列车可发现,车体前端主要受到升力翼增加车隧阻塞比的影响,而压力上升;车体后端主要受到升力翼尾流的影响,压力降低。本研究结果可为升力翼列车平稳通过隧道提供技术支持。     

160km/h地铁列车头型气动阻力优化

采用三维、瞬态、可压缩N-S方程和k-湍流模型及滑移网格技术的数值仿真方法,研究隧道内地铁列车头型几何参数对列车气动阻力的影响规律及气动阻力对头型几何参数的敏感性.对80km/h地铁列车头型进行气动阻力优化,获取160km/h优化模型.结果表明:当阻塞比约为0.45时,隧道气动阻力是明线的3倍;当头型长度L≤5m时,气动阻力与头型长度符合对数关系,综合考虑敏感性与气动阻力,头型长度选择3.0~4.0m较合适;车体横截面积对列车气动阻力的影响较大,且灵敏度很高,可以适当减小横截面积,以降低列车气动阻力;当头型长度L=3m时,考虑气动阻力及敏感性,俯视轮廓线等效长度选为(2.68±0.01)m,纵向轮廓线等效长度选为(2.32±0.005)m较合适.通过参数研究,优化后的列车模型在明线工况下整车气动阻力下降3.7%.     

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。     

200km／h动车组交会空气压力波试验

为确定我国200km/h动车组与准高速列车交会空气压力波的大小，从而为动车组安全评估提供依据，在广深线上利用瞬态压力测试系统，对其列车交会空气力波性能进行测试，并对测量结果进行综合分析。研究结果表明：在线间距为4m、动车组运行速度为200km/h（准高速列车速度为160km/h）时，准高速列车所受到的压力波幅值为1568Pa，而动车组承受的压力波幅值在1400Pa左右；列车头部外形对列车交会压力波幅 较大影响，控制车外形流线化程度比动力车的流线化程度好，控制车对准高速车造成的压力冲击波幅值小于动力车造成的压力冲击波幅值；对于目前使用的准高速车辆，动车组以200km/h的速度与之交会运行是安全的。     

山区高速列车车体动态当量泄漏面积阈值

针对静态气密参数无法真实反映列车过隧道时的气密性能问题和车内压力舒适性问题,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法,数值模拟列车过隧道时的车外压力波动. 对泄漏的空气质量流量进行修正,采用当量泄漏面积法模拟高速列车通过隧道时的车内压力. 以山区高速铁路为背景,研究中国某型号动车组车体动态当量泄漏面积阈值,提出列车符合不同舒适性标准时的动态当量泄漏面积阈值建议. 结果表明：车内压力符合1 000 Pa/10 s标准下的当量泄漏面积更小,列车当量泄漏面积阈值的最小值随着车速的增加而减小,头、尾车和中间车当量泄漏面积阈值的建议值分别为23.2和45.6 cm².     

横风中桥隧过渡段移动列车的气动特性试验研究（英文）

本文通过缩尺比为1:16.8的复兴号动模型试验研究了横风中移动列车经过桥隧过渡段时的气动特性。该试验在中南大学风洞实验室自主研发的弹射模型实验装置上进行,移动列车表面的气动压力通过装载在车体内的无线测压系统获得,并可通过积分获得列车气动力。实验结果表明,横风中移动列车经过桥隧过渡段时,列车侧向力会发生先负后正或先正后负的剧烈变化,列车迎风面压力标准差大于背风面压力标准差。在迎、背风侧轨道上运行的移动列车经过桥隧过渡段时所受气动力变化规律相似,迎风侧轨道上移动列车在隧道洞口处所受侧向力一般比其在背风侧轨道时的大;其主要原因是相对于背风侧轨道上的列车,迎风侧轨道上的列车迎风面所受负压更小,背风面所受负压更大。     

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.     

液力透平进口截面对蜗壳内压力脉动的影响

为研究液力透平不同进口截面对蜗壳内压力脉动的影响,选取一单级液力透平为研究对象,利用流场分析软件CFD对该液力透平内流场进行三维非定常数值计算,在蜗壳内沿周向和径向设置监测点,计算各监测点在不同进口截面和最优工况下沿周向和径向的压力脉动,以及各监测点在不同流量和不同进口截面下沿径向的压力脉动,利用快速傅里叶变换对各监测点的压力脉动计算结果进行变换,分析各监测点处压力脉动的时域和频域分布。结果表明:蜗壳进口直径越大,隔舌处的压力脉动幅值越大;蜗壳进口直径越小,叶轮动静相干作用越强,蜗壳内压力脉动幅值越大;流量越大,不同蜗壳进口截面下蜗壳内压力脉动主频幅值之间相差越小;当离心泵用作液力透平时为了使液力透平能够较稳定运行,需适当减小液力透平进口截面面积。     

混流式核主泵压力脉动特性预测与分析

由于结构和运行工况的原因,混流式核主泵流道中的压力脉动比普通混流泵更为复杂,掌握其流道中的压力脉动特性及在不同运行工况的特征对于满足设计的高可靠性和保证运行的安全性都很有必要。为寻找引起压力脉动的主要因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响,在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,对5个典型工况下叶轮和空间导叶流道中不同部位的压力脉动时域与频域特性进行深入分析。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行工况的流量,在设计工况运行其压力脉动的幅值最低;对于采用球形压水室的流道,压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行流量的减少,因球形压水室的几何形状影响会产生涡流和回流,导致叶轮内的中高频脉动幅值增大,若流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大流量工况的压力脉动影响很小,但对小流量工况下的压力脉动影响较大,而且导致频率特性更为复杂。     

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。     

地铁列车荷载下类矩形隧道结构动力响应分析

为分析地铁列车荷载作用下类矩形隧道结构的动力响应特性,以郑州地铁8号线郑州东站类矩形盾构段为研究背景,使用MIDAS/GTS NX软件建立三维有限元分析模型,对单车运行与双车交会运行两种工况下类矩形隧道结构的动力响应进行计算分析,得到了类矩形隧道在地铁列车荷载作用下的动力响应规律。结果表明：地铁列车作用下产生的类矩形隧道结构的位移响应和应力响应均较小,隧道结构在地铁列车荷载的作用下是稳定的。地铁列车交会时最大位移发生在衬砌底部,为1.28 mm;在单车运行时,最大位移发生在衬砌行车侧右边,约为0.89 mm。在双车相向行驶时,隧道衬砌左侧的竖向应力响应大于隧道衬砌右侧,其增幅约为26.8%。因此,在地铁运营时期应多对隧道结构左侧行车线下方进行长期的变形监测,以避免在此处发生结构安全问题。     

混流式核主泵压力脉动特性预测与分析（英文）

由于结构和运行工况的原因,混流式核主泵流道中的压力脉动比普通混流泵更为复杂,掌握其流道中的压力脉动特性及在不同运行工况的特征对于满足设计的高可靠性和保证运行的安全性都很有必要。为寻找引起压力脉动的主要因素和探讨运行工况对压力脉动特性的影响,在对带球形压水室的核主泵进行全流道三维非定常流场数值模拟的基础上,对5个典型工况下叶轮和空间导叶流道中不同部位的压力脉动时域与频域特性进行深入分析。结果表明:叶轮与空间导叶的动静干涉是引起压力脉动的主要因素,压力脉动主频为叶频,其幅值取决于运行工况的流量,在设计工况运行其压力脉动的幅值最低;对于采用球形压水室的流道,压力脉动幅值沿叶轮进口向出口逐步增大并在叶轮出口达到最大值,然后沿空间导叶的进口向出口逐步减小;在小流量工况时,流道中的不稳定流动会产生更为复杂的压力脉动;在同一圆周上,叶轮进口区域的压力脉动特性并不一致,叶片背面脉动幅值大于叶片正面,而在不同工况下叶轮出口区域叶片正、背面的压力脉动特性差别不大;随着运行流量的减少,因球形压水室的几何形状影响会产生涡流和回流,导致叶轮内的中高频脉动幅值增大,若流量过小,整个流道中的脉动幅值都将明显加大;球形压水室对设计工况及大流量工况的压力脉动影响很小,但对小流量工况下的压力脉动影响较大,而且导致频率特性更为复杂。     

车体下吊吊挂方式和弹性悬置质量对车体模态频率的影响

运用有限元软件建立高速列车CRH3承载结构和整备状态有限元模型,并进行了整备状态下试验模态分析.对比分析了车体下吊分别采用弹性连接和刚性连接时车体模态频率的变化,以及整备状态下不同计算方法理论模态频率与试验模态频率.发现当考虑车体弹性悬置质量时车体有限元模型的模态频率计算结果与试验模态频率结果更加接近.     

水平隧道火灾通风纵向临界风速模型

火灾时的烟气控制在隧道防火安全设计中占有很重要的位置,为此通过1/20小尺寸模型实验和全尺寸现场试验对水平隧道火灾通风纵向临界风速进行了研究.根据隧道全尺寸试验和小尺寸实验研究结果,并结合Jae等的小尺寸实验结果以及胡隆华的全尺寸试验和数值模拟结果,建立了水平隧道火灾通风纵向临界风速的预测模型.将模型得到的预测结果跟基于气体火源的实验结果进行对比,结果表明Wu和Barker通过气体火源小尺寸实验所建立的模型预测值偏低.     

列车相向运行对双线无砟轨道高速铁路路基动应力响应分析

为了研究在不同高速列车相向运行速度组合作用下双线铁路路基结构的动应力响应,运用ABAQUS软件,建立了列车相向高速运行的双线高速铁路车辆-轨道-路基系统的动力有限元模型.结果表明:在两列动车组相向运行作用下,基床表层及底层表面沿线路横向动应力分布不对称,路基本体表面动应力分布相对对称;动应力在距基床表层表面2.7 m范围内呈线性衰减,动应力降至路基最大应力的50%左右;在2.7~7.2 m范围内,等效应力幅值衰减速度有所减缓,7.2 m至更深的范围内,动应力衰减最为缓慢;在深度为4.5 m左右至更深的范围内动车组相向运行速度越快等效应力幅值越低;基床表层动应力随动车组纵向间距的变化呈双驼峰形分布,分别在2列动车组的一位和二位转向架横向同轴时达到驼峰;随着动车组相向运行速度的提高,列车荷载所引起的动应力振幅增大,对基床表层的影响更持久、损伤更大.     

离心泵内小间隙环流瞬态流体力计算

基于湍流润滑理论建立小间隙环流数学模型,计算层流假设时层流、过渡流及湍流3种流态下环流内压力分布情况,并与实验结果进行对比.结果显示采用层流模型进行计算时,层流工况下求得结果与实验吻合很好,但当雷诺数增加导致小间隙环流发展至过渡态及湍流状态时,数值计算结果与实验结果相比有较大偏差.利用几种典型湍流模型及过渡流模型对数值结果进行修正,修正后的数值结果与实验结果吻合较好;引用过渡区域摩擦因子对模型进行修正后的计算结果可修正采用层流模型和湍流模型时产生的误差,更接近于实验结果.针对离心泵启动的瞬态过程,求解考虑转子涡动角速度及涡动幅值变化时小间隙环流内压力分布,结果显示,涡动角速度及涡动幅值的变化对环流内正压区及负压区分布均有明显影响.