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.     

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...     

京石客专声屏障桩基础受力特性数值分析

运用ABAQUS软件对京石客专声屏障桩基础在竖向荷载作用下的受力特性进行三维模拟,分析采用不同的桩长、桩径、桩身混凝土情况下,重点分析桩顶的位移和桩身内力的大小及分布规律。结果表明：本桩基础的竖向承载力很大,桩径的大小对桩的沉顶沉降影响比较大,桩长的大小对桩的沉降有一定的影响,桩身混凝土的强度对桩顶沉降影响较小。     

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.     

扑翼柔性变形对悬停气动特性影响的数值研究

为研究扑动飞行器悬停时扑翼的变形给气动力及周围流场带来的影响,通过求解二维Navier-Stokes方程,分析了扑翼气动力及其周围流场结构随扑翼柔性变形的变化规律.结果显示,当扑翼在悬停扑动时,适当的柔性变形可以提高升力,增大升阻比,有效地改善气动特性.但是,过度的柔性变形会使扑翼的气动特性恶化,升力和升阻比随着过度的变形而减小.     

声屏障在道路降噪中的设计研究

通过介绍声屏障的发展概况及其设置原理,简要论述了声屏障的设计和在实际中的应用,并介绍了声屏障的结构及材料要求,以使它在道路降噪中起到更好的作用。     

通用风力机翼型气动特性数值模拟

针对某翼型扰流流动,建立了二维可压缩湍流模型,利用商业软件FLUENT对翼型不同来流攻角下的气动特性进行了相应的数值模拟计算.湍流黏度采用基于RANS的Spalart-A llm aras湍流模型处理,得出了雷诺数在3.2×106时,某翼型的升力系数、阻力系数和压力分布随来流攻角的变化关系,并与同类翼型实验数据进行对比.结果显示:该翼型与修型前的翼型相比,具有较高的升力系数和升阻比,失速性能更好.     

Formation mechanism of aerodynamic drag of high-speed train and some reduction measures

Aerodynamic drag is proportional to the square of speed. With the increase of the speed of train, aerodynamic drag plays an important role for high-speed train. Thus, the reduction of aerodynamic drag and energy consumption of high-speed train is one of the essential issues for the development of the desirable train system. Aerodynamic drag on the traveling train is divided into pressure drag and friction one. Pressure drag of train is the force caused by the pressure distribution on the train along the reverse running direction. Friction drag of train is the sum of shear stress, which is the reverse direction of train running direction. In order to reduce the aerodynamic drag, adopting streamline shape of train is the most effective measure. The velocity of the train is related to its length and shape. The outer wind shields can reduce train’s air drag by about 15%. At the same time, the train with bottom cover can reduce the air drag by about 50%, compared with the train without bottom plate or skirt structure. Foundation item: Project(2001AA505000) supported by the National High-Tech Research and Development of China     

钝体绕流气动噪声源特性数值研究

为研究钝体绕流的气动噪声源特性,采用Realizablek-ε湍流模型与宽频带噪声源模型相结合的方法模拟钝体的声功率级和表面声功率级,比较并分析来流风速、钝体截面形式及尺寸对气动噪声源强度及其分布特性的影响规律,探讨气动噪声源的影响机制.结果表明:钝体绕流气动噪声源主要位于气流发生分离、湍流运动比较剧烈的地方,且钝体的外形越趋近于流线型,其气动噪声源强度越低;四极子噪声源对总噪声的贡献比偶极子噪声源的贡献小得多;柱体表面声功率级最大值与来流风速对数之间呈线性正相关,与截面尺寸之间呈线性负相关.最后提出了表面声功率级的数学预测模型,为工程结构的声环境设计及气动噪声控制提供参考.     

侧风影响下桥上行驶的重型货车气动特性模拟

采用数值模拟的方法研究了重型商用货车在无侧风和侧风分别为10、20、30m/s的4种工况下在公路高架桥上行驶的气动特性。研究了不同强度侧风及桥梁护栏影响下,卡车周围流场的变化,以及卡车的气动特性。研究发现:存在侧风时,由于桥梁护栏的存在,卡车和护栏之间会产生较强的涡流,卡车周围的流场随侧风强度不同也会产生明显的变化。卡车的气动特性也与在平地上遭遇侧风稍有差异,其阻力会随侧风强度产生线性变化。     

基于微分雷诺应力湍流模型的车辆气动特性的数值模拟

针对Ahmed标准汽车模型,采用含有二阶矩的微分雷诺应力模型(DRSM)对车辆外流场进行了数值模拟,对照风洞试验,获得了气动阻力系数以及3个尾流横截面中速度矢量分布等结果。参考RNGk-ε模型,对比分析了DRSM数值模拟的气动阻力系数与试验值之间的误差及误差产生原因。结果表明,DRSM模型在车辆外流场模拟中有更高的计算精度,可正确地获得包括车辆尾流中的二次流等在内的复杂气动特性。     

弯道行驶车辆瞬态气动特性的数值模拟

应用计算流体力学方法,采用重叠网格的策略,对直道行驶的简化模型进行瞬态数值模拟研究,然后进行风洞试验验证。在此基础上,对弯道行驶状态下简化模型周围流场的瞬态气动特性进行了数值模拟,得到了弯道行驶状态下模型周围的流场分布和气动阻力系数等气动特性,并与直道行驶状态下的结果进行对比分析。结果表明:弯道行驶车辆受到了瞬态侧向力及横摆力矩的作用,并且随着转弯半径的减小,侧向力和横摆力矩急剧增大,行使速度的变化也会带来侧向力和横摆力矩的改变,从而影响车辆的行驶稳定性。本文为进一步研究弯道行驶车辆的瞬态气动特性提供了理论参考。     

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。     

覆冰输电导线气动力特性模拟的合理模型

对覆冰导线风洞试验的数值模拟和参数分析是获取气动参数的主要手段。进行了覆冰输电线气动参数数值模拟的几何建模、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选取、求解参数设置等分析研究。明确了加密区首层厚度、层数、厚度、形状及加密条带等对计算结果的影响,得到了合适的网格模型。对k-ε湍流模型、k-ω湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、Reynolds应力湍流模型及SST k-ω湍流模型的分析,表明k-ω模型虽然能较好地模拟覆冰输电线的气动力特性,但是对参数比较敏感。k-ε湍流模型的是模拟覆冰输电线气动参数的最合理模型。     

覆冰三分裂导线气动力特性的数值模拟

采用有限体积法和SIMPLEC算法,求解雷诺数在亚临界区内的均匀黏性不可压缩流体的N-S方程,对风吹过平行布置的覆冰三分裂导线的气动力特性进行计算流体动力学（CFD）数值模拟.为克服数值模拟在高雷诺数下的数值不稳定性,在求解N-S方程时采用QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度.针对新月形和扇形2种典型覆冰三分裂导线,分析平行布置的三分裂导线各子导线尾流间的相互作用及其对气动力特性的影响.计算结果表明,新月形覆冰导线比扇形覆冰导线舞动的风攻角范围大,但前者的舞动振幅小于后者;分裂导线中处于尾流区的子导线的气动力系数均小于迎风面子导线的气动力系数,且扇形覆冰导线比新月形覆冰导线更为显著.