空调列车室内三维紊流流场和温度场数值模拟

基于计算流体动力学对某列车车厢内部的速度场与温度场的分布进行了数值模拟。采用稳态不可压缩雷诺平均N-S方程,紊流模型选择两方程模型,应用有限体积法计算了车厢内气固耦合传热问题。研究了送风方式和送风速度对空调列车室内流场的影响,以及送风温度对列车室内温度场的影响,为空调列车室内气流组织优化设计及舒适性研究提供依据。     

高速列车隧道通过对车内流场影响研究

列车高速过隧道时诱发的压力波通过新风口传入车内,给旅客乘车舒适性带来严重影响。为验证高速列车隧道通过时空调系统的工作性能和探究车内流场的变化规律。构建列车车厢与空调管路系统的整体模型,基于计算流体力学方程,利用有限体积数值求解方法,引入数值传热项,模拟分析高速列车通过隧道时新风口压力变化对客室内流场产生的影响。结果表明:隧道通过时空调换气系统中的压头风机能有效抑制外界压力波动,使车内压力变化很小;车内温度变化范围在(297~299)K之间,满足舒适性要求;新风口压力的突然变化有可能导致客室内风速变化,变化幅值均小于0.5m/s,满足舒适性要求。可为高速列车空调系统的改进提供理论依据。     

空调客车内部流场计算流体动力学数值模拟

针对某型空调客车，应用κ-ε紊流模型及贴体坐标，采用SIMPLE算法计算了室内气固耦合传热问题，采用Monte Carlo法分析计算了太阳透射辐射在车室内固体表面引起的附加热流变化，对空调客车室内气流场和温度场进行了数值模拟。通过实验测定对比分析，数值计算值与测定值基本吻合。研究结果表明：乘坐区乘客头部高度水平面内温度分布均匀，比较理想；回风口下方区域的温度和驾驶区司机头部温度偏高，对热舒适性不利。研究结果为改善车内人体冷热舒适性提供了理论依据，对车内气流组织优化设计有指导意义。     

某双层动车组中间车厢内气流场及热舒适性分析

空调列车车厢内部气流组织是研究列车内部环境的基础,满意的气流组织可使乘客获得较好的热舒适性。夏季极端环境下,以某双层动车组中间车厢为研究对象,基于非稳态k-ε湍流模型,运用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法对其内部流场进了仿真计算,得到了车内速度和温度的分布,同时对风道系统进行了优化,并根据流场指标和热舒适性指标分别对车内流场和乘客热舒适性进行了分析。研究表明:对于原风道系统,速度分布不均匀且不满足流场指标;对于优化后的风道系统:速度和温度分布均匀且基本满足流场指标;有效温差分布比较均匀,大部分区域处于-1.7℃～1.1℃范围内;乘客附近区域有效温差偏大,过道上方部分区域有效温差偏小;客室平均空气分布特性指标达到80.78%,大于80%,乘客热舒适性良好。     

DKZ4型车辆安装客室空调可行性研究

原有的DKZ4型车辆未考虑安装客室空调,所以其原车体结构及车内设备布置对空调系统的安装产生了很大限制。最主要的限制是空调机组的高度和风道的布置。因此给DKZ4车辆加装空调机组时,其选型、空调机组及辅助设备的布置要充分考虑原车体钢结构强度、刚度、车内设备安装、检修空间、客室净空高、车辆辅助电源容量及钢结构焊接工艺性等因素的影响。文中根据DKZ4车辆的原有特征,分析了包括空调系统的设计选型、设备布置、风道阻力、客室温度场、气流组织分布、钢结构制造工艺性等各方面的因素,研究了其安装空调的可行性,并给出了空调安装的可行性方案。     

车窗开闭状态对双层列车车厢内火灾烟气特性的影响

车窗开闭状态对列车火灾影响较大,而在现有研究中,对双层列车火灾烟气特性研究较少。基于计算流体动力学理论(Computational dynamics theory, CFD),建立双层列车单节车厢的火灾数值计算模型,采用大涡模拟方法(Large eddy simulation,LES)对车内流场进行数值模拟。在火源位置、火源功率以及列车运行速度等参数不变的条件下,研究不同位置车窗的开闭状态对双层列车上下两层车厢内烟气特性的影响。结果表明,打开不同位置的车窗对车厢内烟气特性影响较大;打开火源前方的车窗使双层列车整节车厢的烟气层高度升高、CO浓度降低、烟气温度下降,车厢内烟气向有利于乘客逃生的方向发展;打开火源后方的车窗只降低车厢后部区域CO浓度和烟气温度,烟气层高度升高。根据研究结果,为双层列车逃生疏散设计提供参考。     

汽车乘坐空间热环境降温过程动态特性分析研究

车内热环境对乘员热舒适性、行车安全和燃油消耗都有重要意义。以我国南方夏季典型天气环境下车内热环境为研究对象,首先建立试验和数值仿真方法;然后对外部环境作用下车内热流场稳态特性进行测试和数值计算,并以此作为初始条件进一步对空调系统作用下车内热环境动态特性进行测试和计算;最后对车内热环境的稳态和动态特性及其影响因素进行分析研究。结果表明车内热环境存在典型的"温室效应";所受太阳辐射强度的不同导致壁面温度存在着较大差异,且在自然对流的作用下气温在高度方向存在明显的分层现象,车内热环境呈现高度非均匀的分布特性;空调开启后,车内气温在10 min左右可达到稳态,而壁面温度的变化速率要小于气温,30 min后依然没有达到稳态,车内仍然存在明显的瞬态非均匀特性。     

空调对车内噪声影响的仿真分析

为研究市域列车空调系统对车内噪声的影响，本文结合边界元法和声线跟踪法，建立了市域列车空调声源车内噪声仿真模型，模型在低频区（160Hz以下）使用边界元法，考虑了空调机组和风道气流等声源在空调风道以及客室车厢内传播的特性，在高频区（160Hz以上）使用声线跟踪法，最终得到整个频段的车内噪声。选取车内中心距离地板1.6 m高度处的声压级仿真与试验结果进行对比，结果显示试验与仿真曲线的变化趋势基本一致，声压级总值相差1 dB以内，各频段声压级差值在5 dB以内，验证了声学模型的准确性。最后应用该模型对空调降噪措施进行了仿真，当仅存在空调声源时，在管道底部铺设2 m的玻璃丝绵可降低车内噪声4.0 dB(A)。     

隧道内高速列车车内噪声特性及声源识别试验分析

与明线运行相比,隧道内的高速列车车内噪声将明显增加。通过线路试验,对我国某型高速列车以160～350 km/h速度在明线和隧道运行时的车内振动噪声进行测试分析。掌握两种线路下的车内振动和噪声、车身表面气动噪声、转向架区域振动和噪声特性及其随速度的变化规律;采用50通道球形声阵列,识别两种线路下的车内主要噪声源,并分析噪声源的车内区域贡献率,进而在此基础上研究两种线路下的车内声振传递特性。结果表明,两种线路下车内噪声频谱差异主要体现在315～2 000 Hz,各测点不同线路的声压级差值与运行速度相关性较小,车内噪声受轮轨噪声激励影响相对明显。对于客室中部,列车350 km/h匀速运行时,隧道段列车顶板和客室后方贡献率分别增加4.0%和3.0%,地板贡献率降低8.6%,差异频段主要体现在63～160 Hz。对于侧墙区域,明线段车内低频噪声主要来自侧墙的振动,而在隧道时,车内低频噪声则主要来自于侧墙车身表面的气动激励。客室内噪声总值和频谱分布的差异在隧道运行情况下会减小,现有更关注客室端部噪声控制的传统认识,在列车隧道运行下,需要同样重要地关注和对待客室中部区域。     

航空润滑油过滤器特性的数值模拟

采用计算流体力学(CFD)的方法建立网式航空滑油滤的数学模型。利用多孔介质模型来模拟滤网的阻力效应,用多孔阶跃面代替滤网来模拟滤网的压降;应用离散相模型模拟过滤效率,在多孔阶跃面上应用用户自定义函数(UDF)对颗粒进行捕集,对该模型进行计算,得到过滤器的三维内部流场分布及其压力损失和过滤效率与润滑油进口速度的关系,为航空滑油滤的优化设计提供了参考。     

高频加热线圈台阶对区熔炉磁场的影响

区熔法是生长单晶硅的重要方法之一,针对区熔法生长单晶硅过程因多晶硅熔化表面热量不均匀而出现“冷针”的问题,利用有限元法对生长区熔硅单晶进行了数值模拟。区熔法生长单晶硅采用高频感应加热,高频加热线圈是区熔炉最为关键的部件之一,线圈的结构、尺寸直接影响到磁场及焦耳热的分布及熔区形状。基于此,建立了有台阶线圈和无台阶线圈下的两种模型,对比了两种模型下熔区附近磁场分布和焦耳热分布,着重分析了高频加热线圈的台阶对磁场及焦耳热分布的影响。研究结果表明,高频加热线圈的结构会直接影响到熔区附近磁场的分布,进而影响熔区生成的焦耳热分布,线圈台阶可使磁场在熔区附近分布得更均匀,从而有效地解决了“冷针”问题。     

山东厚丰重点推广沙漏型冷却管

山东厚丰汽车散热器有限公司(以下简称山东厚丰)采用新型沙漏管成功研制的商用车散热器,已逐步在重型卡车、大型客车等领域得到应用和推广,推广效果良好,而且逐步应用于出口产品.目前该公司已着手在国内乘用车散热器上进行重点研究,通过不断完善各种试验和检测手段,研制开发系列新型产品.这对推动我国汽车工业的发展意义重大. 汽车发动机冷却系统中的散热器一般有两种类型,一种是铜质散热器,一种是铝质散热器.自20世纪90年代之后,随着我国汽车工业的大发展,铝质汽车散热器以其材料轻、成本低、制造简单和高效、节能环保等优点逐步代替了铜质散热器,广泛应用于乘用车上.而国内商用车由于适应不同路况、环境以及耐振性能等特殊要求,大多车型仍采用铜质散热器,仅有一少部分采用铝质散热器.     

基于CFD数值模拟的中冷器导流装置性能研究

基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)方法,对某款中冷器导流装置的分配性能进行研究。把中冷器在有、无导流装置作用时的数值模拟结果作比较,定性和定量分析导流装置对中冷器芯子流道间流体均匀分配的作用,并进一步分析了质量流量变化对导流装置分配作用的影响。结果发现,导流装置能显著提高中冷器的流体分配的均匀性;同时增加导流装置以后,对中冷器的压降不会带来较大的增加,不会影响整车的油耗。研究结果为进一步改进中冷器的气室结构,改善中冷器的流动分配的均匀性提供必要的理论依据。     

前装卸式真空清扫车吸尘系统仿真与优化

运用计算流体力学（CFD）软件对清扫车集尘箱吸尘系统进行数值模拟,仿真采用非结构网格对吸尘系统进行网格划分,运用标准k-ε方程作为湍流计算模型。通过分析集尘箱内气流速度与压力分布特性,得出影响气流不合理分布的因素,结合理论基础与经验设计对集尘箱结构进行改进,在保证高的吸送速度的同时尽量降低过滤速度,以降低能量损耗、提高清扫效率,对清扫车的设计与生产具有实际的指导意义。     

Numerical analysis of the impact effect of foreign bodies on a steam strainer in a steam turbine valve

An in-service steam strainer was found to have failed in a steam turbine valve due to the impact of a foreign body. Thus, a Finite element (FE) model was built to study the impact effect of a foreign body on a steam strainer. A Johnson–Cook strength model and its failure model were used to describe the impact-induced failure of the film and deformation of the support in the strainer. The effects of the impact location, shape, mass and speed of the foreign body on the failure of the strainer were investigated. The possible locations of micro- cracks in the film were determined. The FE results indicated that impact by an exfoliated metal part (with small mass, sharp edges and high speed hitting the film close to the rib) is likely to cause failure of the film and large deformation of the support.

     

基于分布种群遗传算法的二自由度PID控制器参数优化整定

利用一种基于分布种群的遗传算法,对整定困难的二自由度PID控制器的参数进行优化整定,并给出了该遗传算法的数学描述。该算法将寻优空间划分为多个不相交子空间,分别对在各子空间内的种群进行遗传操作,评价种群适应度,细化解空间,达到在较小的范围做精细搜索的目的,兼顾了搜索的广度和深度,提高了寻优的搜索性能,克服了常规遗传算法易陷入局部极值的缺陷。仿真试验证明了其有效性。     

双圆弧齿轮不同加载方式弯曲应力有限元分析

根据任意转角位置的双圆弧齿轮齿廓数学模型运用Pro／E软件构建了双圆弧齿轮模型,采取仅在凸齿处加载和在轮齿的凸齿和凹齿处同时加载2种不同的加载方式,分别对其弯曲应力进行了有限元分析,比较了不同加载方式下双圆弧齿轮弯曲应力的分布规律。其分析结果将为双圆弧齿轮设计和制造等提供参考依据。     

疲劳近门槛值区裂纹扩展模式变化的试验研究

利用扫描电镜观察疲劳门槛值区试样的裂纹表面形貌,研究了疲劳门槛值区裂纹扩展模式的分布,分析了裂纹扩展模式的变化对疲劳裂纹扩展速率da／dN的影响。结果表明,断口形貌存在面型断裂（沿晶或穿晶）（Faceted Fracture,FF）,面型断裂分数（Percentageof Faceted Fracture,PFF）最大值出现在循环塑性区尺寸接近原始奥氏体晶粒直径时。通过比较循环塑性区尺寸与晶粒尺寸,随着应力强度因子幅值AK的降低,裂纹先以辉纹型模式扩展,在PFF达到最大值后,裂纹以晶体学模式扩展。辉纹型模式扩展时,PFF的变化对da／dN影响不大;晶体学模式扩展时,由于FF诱发裂纹闭合,从而降低da／dN。     

双相钢换热管局部腐蚀机理研究

采用SEM扫描电镜、光谱分析仪、X射线能谱分析仪、机械性能测试机及壁温分析等手段,从化学成分、金相组织、力学性能、介质腐蚀性和壁温等方面,对中国海洋石油国外某气田的海水冷却器UNS$31803换热管腐蚀穿孔机理进行了研究和分析。结果表明,UNSS31803管材产生局部腐蚀穿孔的主因是材料的化学成分缺少氮元素,引起两相比例失调以及管壁温度高于材料临界点蚀温度,使得材料整体耐蚀性能下降。另外,海水中的Zn2＋等金属离子与OH一离子反应生成Zn（OH）。沉积在换热管内表面,抑制了材料表层钝化膜的形成,海水中的Cl-离子穿透换热管内表面的Fe（OH）2或Fe2O3·H2O保护层,与Fe^2＋不断反应生成FeC{2,以及吸附于腐蚀区域的S2-同母材中的Fe2＋反应生成FeS等腐蚀物。此外,在固溶退火过程中,碳化物沿晶界处析出,使得管材产生贫铬现象,进一步加剧了这种腐蚀倾向,其综合作用的结果导致管材腐蚀穿孔。在海水环境卞,使用UNS S31803材料,文中建议将金属壁温控制在30℃范围内。     

高速硬态切削温度场和切削力动态变化的数值模拟

基于大型有限元软件ABAQUS仿真平台,建立了高速加工的有限元模型。该模型采用Johnson—Cook（JC）模型作为工件材料模型,采用JC破裂模型作为工件材料失效准则,刀-屑接触摩擦采用可自动识别滑动摩擦区和黏结摩擦区的修正库仑定律,并采用任意拉格朗日一欧拉方法实现切屑和工件的自动分离。通过有限元方法对AISI4340（40CrNiMoA）淬硬钢高速直角切削过程进行了数值模拟。通过改变刀具前角的大小,对高速硬态切削过程中刀具的温度场及切削力的动态变化进行了研究,探讨了它们各自的变化规律,研究结果有助于优化高速切削工艺,研究刀具磨损机理和建立高速切削数据库。