基于底部隔板的厢式货车的气动减阻

针对某国产厢式货车的简化模型,应用计算流体力学原理与方法,采用四面体、三棱柱、六面体及金字塔型等单元的混合网格和Realizable k-ε湍流模型,对其无隔板、加装4种形式及9种尺寸的底部隔板的外流场进行数值模拟,得到不同情况下该车的气动阻力系数、表面压力分布、流线以及速度矢量分布等气动特性。对比分析加装隔板前后及各方案的流动特性与气动阻力系数,结果表明,加装底部隔板可以改善轻型厢式货车的气动特性,降低气动阻力。     

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。     

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.     

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.     

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...     

车轮扰流板对轿车风阻的影响

针对某新开发的三厢轿车,采用数值仿真的方法研究了车轮扰流板对于车轮处流场以及整车气动阻力的影响。在原型数值研究基础上加装了两种不同的车轮扰流板,进行了流场模拟;并对比分析了3种方案在车轮处的流动特性及其整车气动阻力。研究发现,在车轮前增加合适的车轮扰流板,可以有效减小车轮两侧气流的分离,缩小汽车尾部涡流区域,从而有助于降低整车气动阻力。     

Agitator tank device and drag reduction agent evaluation

The device that consists of tank and disk agitator for evaluation drag reduction agents(DRA) was established.The effect of DRA was defined by testing the changes of agitator torque that drives the disk rotation.The HG-DRA for oil pipeline from Linyi to Puyang was studied by agitator tank device.The relationships between the drag reduction rate and Reynolds number,concentration,balance time were studied.The best concentration and the highest Renords number for the best drag reduction rate were confirmed.The results show that the drag reduction rate tested in agitator tank is close to that in pipeline.The maximum error of drag reduction rate between pipeline and agitator tank is 18.3%,which indicates that the agitator tank device is available to evaluate the effect of DRA for pipeline and it also has the advantages of simple,easy to be operated and using small volume of oil.Those are very helpful for operaters to know the properties of DRA and operate pipeline well.     

气动灭火炮弹体橡胶圈仿生凹坑表面减阻特性

针对气动灭火炮炮弹发射过程中弹体橡胶密封圈与炮管之间摩擦阻力大的问题,将仿生凹坑表面减阻技术应用于弹体橡胶密封圈上。建立气动灭火炮橡胶密封圈仿生凹坑减阻运动模型,采用数值模拟方法,研究弹体橡胶密封圈仿生凹坑特征直径及弹体速度对橡胶密封圈与炮管之间摩擦阻力的影响。结果表明:在相同的弹体速度下,当灭火炮弹体橡胶密封圈仿生凹坑特征直径为2mm时,减阻效果最佳,凹坑特征直径为4mm时,减阻效果最差;最大减阻率为17.191%,最小减阻率为3.158%。仿生凹坑中存储的润滑油在弹体运动时,润滑油产生拖拽泼洒而溢流到炮管内壁,对炮管内壁和橡胶密封圈起到润滑作用,达到减小摩擦阻力以及提高炮弹发射速度的目的。     

仿生注射器针头减阻试验研究

根据蚊子等昆虫刺吸式口器的结构形态,采用激光雕刻与辊压成型等表面加工技术对普通注射器针头进行了仿生非光滑表面结构形态的加工。运用试验优化技术,找出了针头表面几何非光滑结构单元形态、结构单元深度、间距及直径（宽度）对注射时针头壁与皮肤间摩擦阻力的影响规律,分析了影响因素的主次和最优水平。结果表明,合理的仿生结构单元形态和分布可使仿生注射器针头减阻率达44．5％。该研究成果为仿生无痛注射器研究及其实际应用提供了理论基础。     

仿生注射器针头减阻试验研究

根据蚊子等昆虫刺吸式口器的结构形态,采用激光雕刻与辊压成型等表面加工技术对普通注射器针头进行了仿生非光滑表面结构形态的加工。运用试验优化技术,找出了针头表面几何非光滑结构单元形态、结构单元深度、间距及直径(宽度)对注射时针头壁与皮肤间摩擦阻力的影响规律,分析了影响因素的主次和最优水平。结果表明,合理的仿生结构单元形态和分布可使仿生注射器针头减阻率达44.5%。该研究成果为仿生无痛注射器研究及其实际应用提供了理论基础。     

回转体喷气减阻实验研究

采用避面喷气法在一回转体模型上进行了减阻实验，结果表明，使用喷气法降低水下物体阻力是可行的，并在一定条件下得到了8%的总阻力降，在对影响减阻的因素进行分析后，指出获得更大减阻效果是可能的。     

活性剂对水下航行体减阻特性的影响

为减小水下航行体的阻力,研究通活性剂溶液的水下航行体湍流减阻的流动特性.通过从航行体头部向航行体边界通活性剂溶液的方法,分别对不同质量浓度和不同速度情况进行减阻实验研究,并分析了不同攻角下活性剂溶液对阻力和升力的影响.实验中活性剂溶液质量浓度分别为200、400、600、800和1 000 mg/L,流速为4~10 m/s,对比分析了阻力系数.实验结果表明:在活性剂溶液质量浓度为200 mg/L时航行体减阻效果较弱,当活性剂溶液质量浓度增加到1 000 mg/L时,减阻百分比高达40.8%;在活性剂质量浓度为1 000 mg/L时,当水流速度从4 m/s逐渐增大到10 m/s,减阻百分比在12.5%和40.8%之间变化;活性剂对有攻角的航行体仍然有减阻效果并且对升力产生较小影响.     

仿生非光滑旋成体表面减阻特性数值模拟

在前期进行的仿生非光滑旋成体模型低速风洞试验的基础上,将非光滑形态在旋成体模型上的排列方式固定为矩形布置,非光滑的尺寸固定为直径或宽度为1 mm,深度或高度为0.5 mm,在风速为44 m/s时,对布置在模型尾部的凸包形、凹坑形和棱纹形三种非光滑模型与表面光滑模型进行了对比模拟试验。试验结果表明,布置在尾部的非光滑结构能够有效地降低模型的压差阻力,尤其是棱纹状非光滑形态模型,压差阻力降低了25.3%,总阻力降低了11.12%。     

Study on testing and establishment method for the load spectrum of bogie frame for high-speed trains

High speed train has a complex dynamic load structure. A structural load spectrum is the foundation to establish reliability test evaluation standard and design criteria. A bogie frame is the load transmission structure between wheel sets and car body. The damage consistency criterion necessary for establishing load spectrum is proposed. An establishment method for load spectrum for complex structures is provided. Damage consistency calibration of load spectra is also performed. In addition, the load spectra of bogie frame for 350 km/h high-speed-electric multiple unit (EMU) which has the highest actual operation speed currently are established under various operation conditions on Beijing-Tianjin Dedicated Passenger Line, based on the test data of bogie frame loads and stresses from key positions of fatigue of frame. Supported by the Technology Developing Project of Ministry of Railways of China (Grant No. 2006J09-F)     

高速列车齿轮箱内部流场数值模拟

为了研究齿轮箱内部复杂油气两相流的变化规律,采用数值模拟方法研究了转速及浸油深度对流场的影响.结果表明,3倍于齿高的浸油深度可以充分发挥润滑油的润滑冷却作用.在齿轮啮合区流体速度最大,不同转速条件下流体速度最大值变化规律相同,并最后稳定在一定范围内波动,且最大流体速度平均值呈线性增长.齿轮啮合区附近压力变化较大,在啮入区域形成局部高压,在啮出区域形成局部低压.随着转速的提高,高压和低压绝对值呈增大趋势,但不遵循线性关系.     

基于仿生学原理的射流表面减阻性能研究

针对仿生射流表面减阻问题,建立仿生射流表面模型,利用SST k-ω湍流模型对其进行数值模拟,所得射流速度曲线与实验数据吻合良好。研究射流流体对边界层厚度的影响规律,探讨仿生射流表面的减阻机理。利用4因素3水平的正交试验,对射流表面和光滑表面摩擦阻力进行对比分析,得到了射流模型参数对减阻效果和节能效果的影响规律:在不考虑外加射流能量的情况下最大减阻率达50.41%;射流速度对节能效果的影响最大,主流速度对节能效果的影响其次,节能效率与主流速度成正比,最大节能效率为276。射流改变了边界层内的流场结构,使得射流表面的边界层厚度增大,垂直于射流表面的速度梯度减小,摩擦阻力减小。     

Influence of rheological parameters in all drag reduction regimes of turbulent channel flow with polymer additives

The influence of rheological parameters on vortex dynamics and the extent of drag reduction(DR) were deciphered via extensively analyzing the hi-fidelity direct numerical simulation results of the turbulent channel flow with polymer solutions.It has been observed that in all drag reduction regimes from the onset of DR to maximum drag reduction(MDR) limit,the Deborah number is defined as the product of an effective Weissenberg number,and the root mean square streamwise vorticity fluctuation remains O(1) in the near wall region.The ratio of the average lifetime of axial vortices to the vortex rotating duration decreases with increasing DR,and MDR is achieved when these time scales become nearly equal.Based on these observations a simple framework is proposed adequately to describe the influence of polymer additives on the extent of DR from onset to MDR as well as the universality of the MDR in flow systems with polymer additives.     

仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性数值模拟

针对仿生射流表面流场问题,基于非光滑表面减阻的仿生学理论,对鲨鱼鳃裂部位射流特征进行分析研究,建立具有类似于鲨鱼腮裂部位射流特征的仿生射流表面模型及可拓模型.利用SST k-ω湍流模型对仿生射流表面模型进行数值模拟,在主流场速度为20 m/s时,分析了不同射流孔径与不同射流速度耦合情况对壁面摩擦阻力、压差阻力及减阻率的影响,并对仿生射流表面减阻机理进行分析.研究表明在射流孔为5 mm时与射流速度耦合情况下的平均减阻率最大,为11.566%,同时为仿生射流表面多因素耦合情况下的减阻特性研究奠定基础.     

旋成体仿生凹环表面减阻试验分析及数值模拟

通过风洞试验及数值模拟分析了置于旋成体后部的凹环表面结构对其底部阻力、摩擦阻力及激波阻力的影响。马赫数为1.79、基于旋成体最大直径的雷诺数为1.5×106的风洞试验表明:凹环表面可显著减小旋成体的底部阻力,但却增大了包含摩擦阻力和激波阻力的粘性前部阻力。利用SSTk-ω湍流模型对试验优选模型进行了数值模拟,结果表明:凹环内部低速旋转气流产生的涡垫效应和推动效应致使旋成体的摩擦阻力减小了22.4%,凹环还能减弱外部气流对旋成体截尾底部死水区的抽吸作用,显著降低了底部阻力。但由于凹环对气流的扰动增加了激波阻力,故包含底部阻力及激波阻力的压差阻力减小并不显著,仅为0.4%。