裙板安装对高速列车气动性能影响的数值分析

为研究裙板安装对高速列车气动阻力及侧风安全稳定性的影响,用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法分析国外某高速列车转向架及其周边裙板结构对整车气动性能的影响.在无侧风且列车行驶速度为350km/h时,模拟分析不安装裙板及在不同位置安装裙板情况下列车的气动性能;在有强侧风情况下,模拟分析列车在50～350km/h之间不同行驶速度工况时的气动性能.结果表明,列车底部安装裙板可有效降低列车气动阻力,在头尾第1对转向架处安装裙板对列车气动阻力的降低最有效;在强侧风下,列车底部安装裙板会造成列车的侧向力和侧翻力矩加大,降低列车行驶安全性.     

列车底部结构对交会高速列车气动性能的影响

用CFD法对具有复杂底部结构(带有转向架或带有转向架和裙板)的高速列车以200 km/h等速交会的情况进行数值模拟和分析,研究其压力波、气动力和气动力矩以及车体周围的流场结构的变化.结果表明:与简化模型相比,带有复杂底部结构的列车交会时的压力波的头波和尾波都有所减小且尾波减小的程度更高,带有转向架的车体的横向力、横摆力矩和侧翻力矩的峰值明显减小,但变化更复杂;带有复杂底部结构的列车在车体底部会形成涡结构,有明显的能量耗散.     

高速列车集电部气动噪声数值模拟

针对铁路提速后高速列车集电部气动噪声过大的问题,在集电部引入导流罩,应用FLUENT对不合导流罩及含导流罩集电部的外流场和气动噪声分别进行数值模拟和分析．流场计算采用稳态雷诺平均纳维斯托克斯（Reynolds Averaged Navier—Stokes,RANS）方法,声学模型选择边界层噪声模型．计算结果表明导流罩的设计至关重要,合理的设计能使得导流罩较好地引导气流,起到降低集电部气动噪声的作用．     

基于数值计算的高速列车气动阻力风洞试验缩比模型选取方法

为给高速列车气动阻力风洞试验模型选取提供更多的参考依据,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,研究不同比例的高速列车缩比模型对气动阻力风洞试验结果的影响.首先,计算得到开口式风洞测试段的静压系数分布曲线,为高速列车气动阻力测量试验模型的长度选择以及摆放位置提供依据;其次,通过数值计算得到全尺寸模型列车在明线运行时,以及不同比例的模型列车在风洞中运行工况下的气动阻力信息,并从阻塞效应和雷诺数的变化,以及风洞试验段内静压分布的影响这3个方面对列车模型的气动阻力结果进行分析,得到在所研究风洞中较合理的列车缩比模型比例选取范围.这种以CFD为基础进行数值仿真,选取风洞试验中列车模型比例及试验测试位置的方法,为在地面交通工具风洞中进行高速列车模型气动阻力试验的缩比模型选取提供一定依据.     

高速列车过隧道时的底板压力分析

基于空气动力学理论,建立列车通过隧道的模型,分析高速列车通过隧道时底板的压力.采用FLUENT进行数值模拟,得到列车底板各个监测面的压力时程曲线,提取底板的最大正压、最大负压和压力幅值,研究其变化规律.结果表明：底板压力沿横向变化较小;底板压力梯度和压力幅值较大区域均位于底板靠近一位端转向架位置;在相同速度下头车底板最前端的压力幅值最大;列车头车、中间车与尾车底板压力最大幅值近似与列车速度的平方成正比.     

高速动车组转向架防冰雪导流罩的空气动力学性能分析

针对部分动车组冬季运行时转向架车下设备舱导流罩处存在冰雪堆积的问题,对某高速动车组模型提出导流罩结构改进方案.用STAR-CCM+计算改进结构模型和现车结构模型的流场,比较转向架区域的空气流动和导流罩表面压力分布.比较结果表明,改进后的防冰雪导流罩可有效改善其表面空气的流动性,并能缓解该区域的冰雪堆积问题.     

基于重叠网格法的高速列车明线交会分析

研究了高速列车在明线交会时产生的瞬态压力波以及气动作用力将会对列车的运行安全产生不利影响.采用三维、非定常、可压缩流体控制方程和双方程湍流模型的数值方法,基于重叠网格法对时速300km高速列车明线交会的压力波进行研究.研究结果表明：重叠网格法能够解决高速列车明线交会的压力波变化问题,主区域网格与从属区域的动网格数据传输准确;高速列车相距70m,0.42s时列车进入交会,此时出现车头鼻尖处交会压力波“头波”,车头鼻尖处所受压力达到最大;0.95s列车车头行驶到通过列车的车尾处,两车纵向重合,出现“尾波”.     

基于遗传算法的高速列车头型多目标优化

高速列车的气动阻力与列车的外形,特别是头部外形有着密切的关系.为了改善列车气动性能降低列车运行的气动阻力,建立高速列车的三维参数化模型,以高速列车头部所受的阻力和升力为优化目标,通过FLUENT软件与Isight软件多学科优化联合仿真分析方法,利用Sculptor软件对车头部分网格自动变形,基于计算流体力学,实现对高速列车流线型头型进行减阻的多目标自动优化设计.优化完成后,得到影响优化目标阻力和升力的关键设计变量,并对优化设计变量和优化目标之间的非线性相关性进行分析.通过对比原始流线型列车气动性能发现,列车头部的长度对阻力的影响比较大,列车头部的高度能够对列车所受到的升力产生较大的影响.     

底部结构对飞行器阻力特性的影响北大核心CSCD

为优化底部形状减小底部阻力,研究底部流场结构对超声速飞行器的阻力特性影响,采用计算流体动力学方法,建立了雷诺平均NS方程数值求解方法。通过与实验数据比较,验证了方法的可靠性,对含圆柱尾部、船尾的典型飞行器在不同马赫数和攻角下进行数值仿真。仿真结果表明:船尾设计具有减阻效果,且升阻比优于圆柱尾部。攻角变化对底部流场结构影响显著。飞行器的升力系数、阻力系数、升阻比及俯仰力矩系数,随攻角增加而增大。随马赫数增加,飞行器头部压力升高,底部压力降低,导致总阻力、底部阻力增大,然而,由于动压增大,使得相应的总阻力系数及底阻系数随之减小。计算分析为飞行器底部设计和优化提供了参考。     

高速列车受电弓气动噪声分析与降噪研究

随着列车速度的大幅提升,气动噪声问题愈发凸显。受电弓噪声在整车噪声中占较高位置,为研究高速列车受电弓气动噪声特性,通过Lighthill声学理论的宽频噪声模型对高速列车气动噪声源进行识别,利用定常SST k-w湍流方法分析高速列车受电弓的流场特性;基于大涡模拟与FW-H声学比拟理论计算高速列车受电弓远场气动噪声。数值算例结果表明,受电弓部位的碳滑板、弓头为受电弓主要噪声源;以轨道中心线为对称线,远场气动噪声监测点的声压级及频谱特性表现出较高的对称性;在同一列车运行速度下,监测点声压级随离轨道中心线距离增大而减小,列车以不同速度运行时,其声压级降低的幅值相差较小;高速列车远场气动噪声为宽频噪声,主要能量集中在500Hz~5000Hz。提出一种射流降噪方法,在350km/h速度下,监测点总声压级值降低了15.2dB。     

Global sensitivity analysis of bogie dynamics with respect to suspension components

The effects of bogie primary and secondary suspension stiffness and damping components on the dynamics behavior of a high speed train are scrutinized based on the multiplicative dimensional reduction method (M-DRM). A one-car railway vehicle model is chosen for the analysis at two levels of the bogie suspension system: symmetric and asymmetric configurations. Several operational scenarios including straight and circular curved tracks are considered, and measurement data are used as the track irregularities in different directions. Ride comfort, safety, and wear objective functions are specified to evaluate the vehicle’s dynamics performance on the prescribed operational scenarios. In order to have an appropriate cut center for the sensitivity analysis, the genetic algorithm optimization routine is employed to optimize the primary and secondary suspension components in terms of wear and comfort, respectively. The global sensitivity indices are introduced and the Gaussian quadrature integrals are employed to evaluate the simplified sensitivity indices correlated to the objective functions. In each scenario, the most influential suspension components on bogie dynamics are recognized and a thorough analysis of the results is given. The outcomes of the current research provide informative data that can be beneficial in design and optimization of passive and active suspension components for high speed train bogies.     

基于多岛遗传算法的汽车车身气动优化

为研究不同长细比汽车车身的最优气动性能,基于英国汽车工业研究协会(Motor Industry Research Association, MIRA)阶背模型,利用多岛遗传算法开展不同长细比的汽车车身气动优化.优化结果表明优化模型的气动阻力因数随着长细比的增大而降低.通过改变车身的长细比得到的5种优化模型具有发动机罩倾角、后风窗倾角和尾部上翘角较大,前风窗倾角较小的特点.对8个优化参数进行分析可知：尾部上翘距离和前悬距离对气动特性的影响最大.     

Multi-objective optimization of a hatchback rear end utilizing fractional factorial design algorithm

Air flow has significant effects on fuel consumption, performance, and comfort. Decreasing drag coefficient enhances fuel consumption and vehicle performance. Moreover, omitting or reducing the power of aerodynamic noise sources provides passengers comfort. In this paper, optimization of a hatchback rear end is conducted considering drag and aerodynamic noise objectives. To this end, five geometrical parameters of the hatchback rear end are chosen as design variables in two levels. Numerical simulation is applied to survey air flow features around the models in the wind tunnel. To reduce the number of runs, fraction factorial design algorithm is applied to generate layout of the simulations which decreased the number of case studies to half. Main and interaction effects of these factors on drag coefficient and acoustic power of the rear end source are derived using analysis of variance. Optimum level for each parameter is chosen considering simultaneous drag and noise goals. Finally, characteristics of air flow and acoustic power around optimum model are discussed.

     

动车组明线运行速度提高对空调工作的影响

为研究列车运行速度提高对空调工作的影响,采用三维定常不可压缩k-ε湍流模型,对不同运行速度下4辆编组的某新型动车组明线运行的空气动力学特性进行仿真,分析在不同运行速度下客室和司机室的空调冷凝器进、出口表面压力变化规律,预测冷凝风机通风量随列车运行速度提高的变化规律。计算结果表明:随着运行速度的提高,动车组车体表面和冷凝器进出口表面压力逐渐降低,冷凝器进、出口压差基本呈降低趋势,头车司机室和客室的前通风机通风量逐渐降低,尾车司机室和客室的后通风机压差为负且绝对值逐渐增大,说明通风机通风量逐渐提高。     

高速受电弓非定常气动特性分析

为保证高速列车受电弓与接触网之间具有良好的接触特性,针对强烈气流干扰会引起受电弓振荡的问题,用脱体涡模拟(Detached Eddy Simulation,DES)方法研究高速列车受电弓在开、闭口运行条件下的非定常抬升、阻力特性.结果表明,开、闭口运行对受电弓气动特性的影响有较大不同,尤其对受电弓及其滑板的抬升力波动影响明显.开口运行时整弓和滑板的抬升力波动幅度明显大于闭口运行;而开、闭口运行对整弓和滑板气动阻力的大小与波动幅度的影响很小。     

不同造型风格的车身低阻基本形体

针对低阻车身造型风格多元化的需求,结合数值模拟和遗传算法,考虑不同的约束条件,求解4种造型风格不同且气动阻力因数在0.087~0.100内的车身低阻基本形体,并用缩比模型的风洞试验验证该方法的可靠性.高尾车型低阻基本形体的气动阻力因数值比低尾车型的偏高约0.010;不同长高比车身的气动阻力因数变化趋势不同,应独立进行优化.凹形头部与凸形头部的低阻基本形体都有低且长的尾部,头部正压区总面积相近.