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RNGκ-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...     

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.     

前端过渡半径对轻型客车气动特性影响的数值模拟

为了研究轻型客车气动特性的影响因素,以某国产轻型客车1∶5简化模型为研究对象,通过数值模拟的方法,计算前端过渡半径改变后轻型客车的气动阻力和气动升力,得到其变化规律。模拟结果表明,前端过渡半径对轻型客车的气动特性有很大影响,所以在设计过程中应通过数值模拟和风洞试验的方法确定最佳的过渡半径。计算和分析的结论可以为轻型客车的减阻研究、造型优化和新车型开发提供科学的理论依据。     

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.     

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.     

底部上翘角对轻型客车气动特性影响的数值模拟

用数值模拟的方法,研究轻型客车底部上翘角对其气动特性的影响规律.以某国产轻型客车1:5简化模型为研究对象,对具有不同底部上翘角的轻型客车进行了数值模拟,通过对气动阻力和气动升力的分析,得出底部上翘角度对轻型客车气动特性影响的规律.计算和分析的结论可以为轻型客车的减阻研究、造型优化和新车型开发提供科学的理论依据.     

列车运行速度变化影响其气动特性的数值模拟

在现代高铁建设中,高架桥结构被大量采用,研究强横风下行驶在高架桥上的高速列车气动特性随车速变化,可以为获得列车速度限值,保障高速列车安全运行提供理论参考.采用计算流体力学方法对横向风速度一定时列车运行速度变化对高速列车气动特性影响进行了数值分析,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:整车受到负升力作用,随列车速度的增加,总的升力逐渐减少,而整车的侧翻力矩逐渐增加;对于头、尾车,主要通过改变形状来减小压差阻力;对于中间车,主要通过提高车体表面光洁度,减小摩擦阻力.     

高速列车转向架区域气动噪声源识别与分析

高速列车转向架区域为其主要气动噪声源之一,迄今为止较难描述高速列车气动噪声源特征,鲜有有效的声源识别方法。利用高速列车转向架区域以偶极子声源为主的声源特征,将气动声源等效为无数个球形声源的集合,基于声辐射与声源,声源与流场物理量之间的关系,结合流体数值仿真,建立高速列车偶极子声源识别方法,并聚焦头车转向架区域进行声源识别。同时,以涡声理论为基础,建立偶极子声源强度和流场多物理量的关系,分析流场产生声源的本质。研究表明,偶极子声源集中的位置多为迎风侧气流与壁面发生激烈作用的位置,气流与壁面发生撞击与分离是产生偶极子声源的主要原因,且在该区域涡量的变化对偶极声源强度影响最大,在不同区域,不同方向的涡量分量在起主导作用。     

横风下高速列车会车压力波对风障的气动冲击

高速列车会车时的压力波会对线路两侧的风障产生气动冲击作用,有可能导致风障的结构失稳,给列车运行带来安全隐患。采用能真实模拟列车运动的嵌套网格方法以及保留开孔特性的腔室耗能型风障,以某CRH型车为研究对象,计算了不同列车车速和不同横风风速下单侧风障内列车交会对风障的冲击过程。研究结果表明:高速列车行驶过程中,由于其高速运动对周边空气的排挤以及尾部气流的补充,在车身附近形成"正-负-负-正"4个压力波;会车过程中,两列车的压力波相互叠加耦合并作用在线路一侧的风障上;随着车速的增大,压力波极值增大,换向时间减小,变化率增大;随着风速的增大,横风作用与列车风作用相互耦合,放大了风障内侧的负压值;压力波正压峰值在车体长度范围之外,负压峰值在车体长度范围之内,头车正压波峰距头车鼻锥处距离最近;在横风作用下,列车风压力峰值会向后移动。     

车体下心滚摆对高速列车气动性能的影响（英文）

越来越多的“晃车”现象凸显了明确车体姿态变化与列车气动性能之间的关系对于确保高速列车运行安全至关重要。但是,目前关于这个问题的相关信息较少。因此,本研究通过改进延迟分离涡数值模拟方法(IDDES)研究了车体下心滚摆对高速列车空气动力学性能的影响。结果表明,车体侧滚对转向架的气动性能有显著影响,车体侧滚会使转向架的侧向力和摇头力矩明显增大,进而加剧高速列车的运行不稳定性。此外,车体侧滚引起的转向架两侧纵向压力分布不均是导致转向架摇头力矩增大的主要原因。同时,尾涡也受到车体侧滚的影响发生了垂向的抖动。     

高速列车接触网可靠性研究

高速铁路的快速发展对经济社会有着极大的促进作用.对于高速列车而言,需要牵引供电系统提供动力,因此必须提高供电系统的可靠性,进而降低风险.本文分析了基本可靠性指标,建立了高速列车接触网可靠性模型,最后讨论了接触网可靠性分析流程.     

沙尘暴环境下的高速列车运行安全分析

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种计算沙尘暴环境下高速列车运行安全的半耦合求解方法。首先,利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,获取沙尘暴作用下的平衡状态;最后,计算气动力作用下的车辆-轨道耦合动力学响应。这种方法兼顾了计算效率和流固耦合效应2个方面。基于此方法研究了不同沙尘暴环境下高速列车的动力学性能,结果表明:列车安全性指标均随着车速的增大而变差,随着沙尘暴强度的增大而变差;轮轴横向力、脱轨系数和轮重减载率出现了超过规定限值的现象,而轮轨垂向力相对较难超标。     

高速列车齿轮箱内部流场数值分析

针对某型高速列车齿轮箱,建立其内部流场的理论计算模型,为获得齿轮箱内部流场的变化规律,利用流体仿真软件FLUENT对理论模型数值求解.在ANSYS的DM模块中建立齿轮箱内部流域的三维模型,通过加载UDF实现对齿轮转动的模拟,采用动网格、标准湍流仿真模型以及标准壁面函数法和VOF两相流模型对某工况齿轮箱内部流体流动进行仿真分析.结果表明:齿轮轮齿进入啮合瞬时,挤压箱内流体,使得压力增大;脱离啮合瞬时,齿轮轮齿附近容积增大,压力骤降出现负压;齿轮啮合处箱体内部流体瞬时流速最高;润滑油可以在齿轮搅油和重力作用下,进入流道对齿轮轴承进行润滑.     

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.     

高速列车转向架雪粒沉积特性数值研究

为了揭示高速列车转向架表面的雪粒沉积分布,建立基于临界捕获角度和临界剪切速度的雪粒沉积模型,采用拉格朗日方法模拟雪粒在气流中的运动,研究转向架表面的雪粒沉积特性. 研究结果表明,转向架构架底部、抗蛇行减振器、后轮对中间制动夹钳、牵引拉杆、抗侧滚扭杆区域为雪粒易堆积部位;转向架后部区域垂向面、前部区域水平面、角落区域黏附率高;无论是积雪量,还是黏附率,都是以转向架中部横梁区域为最大;各部件平均积雪量由高到低依次为：牵引拉杆、构架、摇枕、二轴制动夹钳、抗侧滚扭杆、一轴制动夹钳、横向减振器、二轴轴箱、一轴轴箱、空气弹簧、抗蛇行减振器、踏面清扫装置,其中牵引拉杆、构架、摇枕、夹钳2的平均积雪量比其他部件高出约1倍,二轴制动夹钳的平均积雪量比一轴制动夹钳高出约1倍;当临界捕获角度为30~60°时,临界捕获角度的变化对部件总的积雪量影响较小.     

高速列车运行时隧道内漏缆卡具的气动效应

以CRH380A型高速列车和漏缆卡具为研究对象,针对列车高速运行时复杂的气动效应,建立高速列车绕流流动的控制方程和湍流运输方程,采用动网格技术,模拟列车在隧道内运动;数值模拟获得了卡具所受的表面压力的分布规律:车速越高,卡具所受压力波到达越早,头车到达时卡具受力最大;探讨了不同的车速下卡具表面所承受气动力的变化规律:相比于横向力和升力,卡具的纵向力曲线振幅较弱。研究结论将为隧道漏缆卡具的优化设计提供理论依据。     

高速列车风道消声器传声特性

为了抑制空调系统对高速列车车内噪声的影响,在风道内设置阻抗复合消声器,量化分析传声特性是高速列车低噪声设计的重要内容. 基于有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合法建立某高速列车风道消声器传声特性分析模型,对80~3 150 Hz频率区段的风道消声器传声特性进行预测计算. 采用声学有限元法建立风道消声器声学模态分析模型,针对传递损失的峰值和谷值所在的频率区段,计算风道消声器声学模态,解释传递损失峰/谷值的成因. 从提升声学性能的角度,结合工程实际情况,对风道消声器进行设计方案优选. 结果表明：风道消声器具有良好的降噪作用,声学模态振型特性是传递损失峰/谷值的成因;消声器阻性特性对传递损失的影响最大,通过吸声选材优选可以最大提高传递损失18.0 dB;消声器抗性特性影响相对较小,通过吸声包数量和位置的优选可以最大提高传递损失4.1 dB;考虑阻抗复合优选方案,最高可以提高风道消声器传递损失18.6 dB.     

侧风作用下双车桥上交会的气动特性（英文）

双车交会是风-车-桥耦合系统的控制因素。为测试在侧风作用下双车交会时列车的气动特性,研制了一种具有双条移动轨道的风洞试验装置。讨论了试验结果的合理性,分析了交会形式、偏航角和线间距对背风侧列车气动力的影响,并讨论了头车与尾车气动力系数的差异。实验结果表明,所提出的测试装置具有良好的重复性;双车交会时,交会方式对背风列车的气动力有一定的影响,动动交会时测试结果更加合理;随着偏航角的减小,列车气动系数的突变更为明显;线间距的减小会增加背风侧列车气动力的突变;列车交会过程中,头车与尾车的气动力系数存在较大差异,因此在进行风-车-桥耦合振动分析中应分开考虑。     

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。     

高速火箭弹的气动加热计算

研究了高速大长径比火箭弹在弹道飞行中由于气动加热而引起的温度分布,为设计提供参考数据.通过理论研究,建立数学模型,运用数值计算方法对全弹体在全弹道上进行气动加热计算分析,得出了火箭弹在弹道飞行中,由于气动加热而引起的温度分布.运用数值计算的方法可以在设计阶段为高速火箭弹的设计提供气动加热方面的参考数据.