大风区接触网正馈线新型绝缘防舞装置有效性研究

为抑制大风环境下兰新高铁接触网正馈线强烈舞动及线间放电现象，基于接触网结构和正馈线舞动特点提出一种新型绝缘防舞装置，其绝缘保护套可提高线间绝缘裕度，扰流段可改变导线整体气动特性.通过仿真分析了不同风速下安装防舞装置前后正馈线气动特性和舞动响应，研究不同覆盖率、扰流段高度和绝缘保护套厚度参数影响下装置的防舞效果，最后分析了新型绝缘防舞装置的电场特性.结果表明：安装新型绝缘防舞装置可以抑制导线舞动且防舞装置覆盖率越高，防舞效果越显著.安装四段防舞装置后导线垂向和横向舞动幅值最高分别下降57.76%和54.68%.装置的扰流段高度为75%绝缘保护套外径且护套厚度为3 mm时防舞效果更明显.装置安装后正馈线表面最高场强下降52.96%，距正馈线4 mm圆周平均场强下降36.71%.研究成果可为兰新高铁大风区段接触网正馈线及其他架空输电导线舞动提供合理有效的防舞方案.     

角度风作用下多分裂导线的干扰效应和阻力系数

采用风洞试验方法研究角度风作用下多分裂导线的干扰效应和体型系数,对比不同风速和湍流度导线和同直径圆柱的阻力系数,获得不同风向角下多分裂导线的子线和整体的阻力系数,并与规范及他人结果进行对比. 研究表明,高风速下导线的阻力系数比光滑圆柱小13%,说明绞线外形可以减小圆柱的阻力系数;子线之间存在前后遮挡效应时后方子线的阻力系数显著减小,子线间距越小时阻力系数越小;存在显著干扰效应的风向角下多分裂导线的整体阻力系数较小;直径23.94 mm、间距400 mm的多分裂导线阻力系数包络建议值为：1.02（单导线和二分裂）、1.00（四分裂）、0.97（六分裂）、0.93（八分裂）.     

高速铁路挡风墙防风特性风洞试验及优化比选

基于列车穿越大风区时其气动力显著增大,可能导致列车脱轨及倾覆等事故,采用风洞试验方法研究不同高度挡风墙下动车组气动特性和触网处风速,分析大风环境下高速铁路挡风墙的防风效果进而比选确定挡风墙结构主要参数。研究结果表明:动车组在平地情况下的升力系数、侧力系数和倾覆力矩系数随侧滑角的增大而增大;当设置2.5 m高挡风墙时,动车组的升力系数、侧力系数和倾覆力矩系数的绝对值均大幅度降低;当挡风墙增高至5.0 m时,对动车组有一定的防护作用,但其防护性能比2.5 m高挡风墙的防护效果差;设置2.5 m高挡风墙对接触线有一定防护效果,5.0 m高挡风墙使得接触线和承力索处的风速均大幅度下降,最小降幅达到55%,说明5.0 m高挡风墙对接触网有更好的防护作用。综合考虑挡风墙对动车组倾覆的安全防护、接触网的防护及其自身加强措施、结构的经济合理性,建议大风区高速铁路挡风墙的合理高度为轨面以上2.5 m。     

风对土壤水分蒸发的影响

采用花盆整体称重法对不同高度挡风墙后的土壤水分蒸发进行了对比试验。实验表明,挡风墙可以有效地减小风速,降低土壤水分蒸发;挡风墙越高其降低土壤水分蒸发的能力越强,影响其后的范围也越广;100cm高挡风墙其影响范围为6m,其后20cm处的土壤水分蒸发量降低28%,80cm高挡风墙其影响范围为4m,其后20cm处的土壤水分蒸发量降低26%,50cm高挡风墙其影响范围为3m,其后20cm处的土壤水分蒸发量降低10%,风速与土壤水分蒸发成一次线性关系。     

铀矿通风尾气中气态放射性核素氡大气扩散数值模拟

以某铀矿排风井为对象建立物理模型,通过建立核素氡扩散数学模型,利用CFD方法耦合求解得到不同大气风速(0.5,1.0,2.0,4.0 m/s)和下垫面粗糙度(0.1 m,1.0 m)下的大气风场结构及核素氡的浓度分布状况.研究结果表明:大气风速和下垫面粗糙度对核素氡的迁移扩散具有重要的影响;当大气风速小于0.5 m/s时,此时地面粗糙度对核素氡迁移扩散起主导作用.地面粗糙度越大,近距离的氡气浓度越高,局部污染越严重,主要污染范围在100 m以内;当大气风速大于2.0 m/s时,大气风速对核素氡迁移扩散起主导作用.大气风速越大,氡气迁移扩散能力越强,污染距离越大,局部污染较轻,主要污染范围在400 rn以内.文中数值计算方法和结论可以为铀矿区辐射防护及新建铀矿山选址提供参考.     

一种新型结构叶片对风力机气动性能的影响

针对风力机在旋转过程中产生的叶尖涡影响风力机本身以及下游风力机气动性能的问题,提出了一种控制叶尖涡的策略,以减小叶尖涡对风力机本身及下游风力机气动性能的影响.以PhaseⅥ叶片的1/8模型为原始模型,在叶尖处和轮毂处同时开洞,用管道将洞连接的模型称作新模型.采用数值模拟的方法对来流风速从6 m/s到20 m/s的15个工况下原始模型和新模型风力机进行了对比分析,结果表明:在低风速下原始模型和新模型气动性能几乎一样,即新模型对叶片气动性能影响很小,尾流扩散速度也相近;但随着来流风速的增大新模型对风力机气动性能的影响也随之增大,新模型风轮功率比原始模型风轮功率有明显提高,尾流在风轮旋转平面内扩散速度变快,在来流方向传播距离变短.新模型尾流可以减小对下游风力机的影响,提升了风电场风能的利用效率.     

输电线风致响应的时频域特性风洞试验研究

通过单跨输电线气弹模型风洞试验，研究了单导线和4分裂导线的风振位移谱、气动力谱、气动阻尼比及风振系数特性，探讨了风速、导线分裂数及湍流度的影响. 结果表明：导线风振中多模态参与较为显著，其模态频率随风速增加而非线性增大，且高湍流时模态频率的增幅更明显. 导线响应谱能量随湍流度和导线分裂数的增加而增大，且多分裂导线和高湍流会使导线的振动能量向低频偏移. 导线气动力总响应中背景分量的占比整体随风速、湍流度的增加而增大，随分裂数的增加而减小. 导线气动阻尼比随风速和湍流度增加而变化的趋势不明显，其一阶模态气动阻尼比约为无风状态阻尼比的5~9倍，约为二阶模态气动阻尼比的2倍. 导线位移风振系数明显低于阻力风振系数，且两类风振系数整体随湍流度增加而增大.     

基于实测数据的西北地区风电场风场及尾流特性分析

基于西北地区某风电场2015—2016年的风速风向实测数据,分析了风电场风塔的尾流特性,并与现有风力机尾流模型进行了对比分析.在此基础上,对在远尾流场作用下的风速风向、湍流强度、湍流积分尺度、概率密度分布等风场特性进行了详细分析.研究结果表明:现有的Jensen模型、Park-Gauss模型与实际工程中多个尾流作用下的风电场尾流特性存在差异.在多风向多尾流叠加作用下,当风速大于10 m/s时,各风塔湍流强度随着平均风速的增长呈增大趋势,风电场内部风塔湍流强度在低湍流段更加集中,外围风塔湍流强度随平均风速的增大速率略快于内部风塔,而湍流积分尺度随平均风速的增大程度总体慢于内部风塔,且外围风塔实测风速更加接近高斯分布.     

列车气动效应作用下隧道衬砌混凝土水分传输理论研究

针对高速列车气动效应在铁路隧道衬砌混凝土表面产生的高速气流和空气低压作用,提出考虑列车气动效应的隧道衬砌混凝土水分传输和湿度场理论计算模型,并对气体流速和表面低压等关键影响因素进行分析。研究结果表明：高速气流加速混凝土表面水分交换速率并减薄水汽过渡层,表面低压作用降低环境中的水蒸气分压并增大混凝土表面与内部孔隙之间的压力梯度;混凝土表面风速越大、气压绝对值越低,其内部湿度下降越快;环境条件对混凝土湿度场的影响仅局限在混凝土表面一定范围内,环境风速和表面气压变化对混凝土内部湿度影响较小;在标准大气压条件下,当混凝土表面风速由5 m/s增大至15 m/s时,距离干燥面10 mm和30 mm处60 d龄期时相对湿度分别降低32.6%和3.9%;在环境风速为0 m/s条件下,当混凝土表面气压由80 kPa降低至50 kPa时,距离干燥面10 mm和30 mm处60 d龄期时混凝土相对湿度分别降低37.9%和3.8%。本文所提出的理论模型可较准确地描述上述因素对混凝土湿度变化的加速效应。     

基于刚性节段模型风洞试验的输电导线阻力系数研究

为了研究多分裂导线静力风荷载,进行了原尺寸刚性节段模型测力风洞试验,计算得到了多种直径导线阻力系数,并分析了包括雷诺数效应、屏蔽效应等因素对其结果的影响.研究结果表明,导线阻力系数试验结果较规范取值小,且由于导线表面粗糙度及紊流度的增加,会使其临界区雷诺数范围提前,尽管导线雷诺数处于名义的亚临界区域,其阻力系数依然随雷诺数变化比较敏感.对于多分裂导线而言,由于上游导线的遮挡干扰,导线整体阻力系数有所降低,必须考虑这种屏蔽效应的影响.拟合得到了考虑雷诺数效应以及屏蔽效应在内的输电导线阻力系数经验公式,为输电导线静力风荷载的计算提供一定的参考.     

A柱涡动力学特性随前窗倾角变化研究

采用风洞试验和数值计算的方法,通过Dihedron模型研究了前窗倾角对A柱涡动力学演化的影响.时均阻力和表面压力通过风洞试验获得,采用分离涡模拟(DES)捕捉A柱涡拓扑结构的细节特征.通过风洞试验的结果验证了DES结果的有效性.DES的结果描述了A柱涡涡破裂现象.随着前窗倾角的变化,A柱涡表现为不同的结构形态,这主要是由主涡中涡量平衡决定的.试验和数值结果均表明,随前窗倾角增大,Dihedron模型的阻力增加.讨论了纵向涡的破裂趋势和潜在的减阻方案.最后,强调了模型壁面的动力学特性及其对车内噪声的影响.     

表面粗糙度对塑料车身外流场的影响

以某全塑汽车车身为模型,应用流体力学数值模拟方法研究表面粗糙度对车身空气动力性能的影响。分别对相同外形不同粗糙度的各模型进行分析,比较各模型气动阻力、气动升力、速度场和压力场之间的差异,并分析造成差异的原因。结果表明,适当增加塑料车身表面粗糙度对气动阻力影响不明显,但是可以降低气动升力。此结论也将对金属车身的设计优化起到积极作用,对金属车身表面进行喷砂等处理,适当增大表面粗糙度会使其气动升力减小。     

旋转孤立车轮局部流场的影响评价

以简单孤立车轮为研究对象,在静止和旋转工况下,对有侧偏角和无侧偏角时车轮周围的流场结构进行数值分析和试验验证.计算采用定常雷诺时均Navier-Stokes方程,试验在1∶15的模型风洞中进行.不同工况下车轮周围流场、表面压力系数、气动阻力系数和升力系数等数据的分析结果表明,车轮的旋转会对流场产生巨大影响.车轮旋转使总体压差减小,气动阻力和气动升力下降,气动性能得到改善.     

碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

底部结构对高速列车流场及气动优化规律的影响

为了得到底部结构对列车流场及气动阻力优化规律的影响,通过计算流体力学和正交试验设计分析的方法,研究真实复杂车体的底部流动和尾迹特征,得到了复杂车体气动阻力优化规律.结果表明,尾车鼻尖静压系数在底部结构影响下降低了0.06,尾车流动分离提前,两反对称尾涡核间横向距离增大,尾涡间夹角增大.头型概念设计时的拓扑简化车体模型可以作为真实复杂车体的气动阻力优化设计模型,但考虑底部结构使得头车参数优化的极差值减小、尾车参数的优化极差值增大.头车阻力优化重点为转向架周边结构,尾车阻力优化对流线型长度参数更加敏感.     

具有流线型凸包的风力发电机气动特性

以300 W水平轴风力机叶片为研究对象,设计流线型凸包结构,并应用于风轮模型,结合滑移网格技术,对比研究光滑型与流线凸包型风力发电机的绕流场特性以及气动载荷特性,分析了三维绕流场内速度、压力、流线等的变化规律,以及不同风速下风力机的阻力系数及其功率的时程变化规律,探讨了流线凸包型与光滑型风轮在不同风速下运行时绕流特性的差异。结果表明:流线型凸包对流场有较好的改善结果;当风速增大时有明显的减阻效果,最大减阻率为19.53%,但其波动量增加为1.51%;凸包型风轮输出功率明显高于光滑型风轮,但随着风速增加,功率增加率也逐渐减弱。研究结果对水平轴风力机非定常气动特性研究及应用具有重要意义和价值。     

改进的粒子群算法在翼型优化设计中的应用

建立了多目标风力机翼型型线优化模型,并采用改进的粒子群优化算法对多目标风力机翼型型线进行优化,设计出4种不同厚度的性能较好的风力机翼型。对CQUA18和CQUA21两种新翼型的气动特性与相同厚度典型的风力机翼型进行对比分析,结果表明,该翼型具有良好的气动特性,对翼型的前缘粗糙度不敏感,在主要攻角范围内,光滑和粗糙条件下,新翼型的升力系数和升阻比都要高,其气动特性具有显著的提高。     

外挂组合体对无人直升机气动特性影响分析

为研究某型无人直升机机身两侧的外挂组合体对其气动特性的影响, 采用求解Navier-Stokes方程的方法, 对直升机机身的气动特性进行数值计算, 并与风洞试验结果进行对比, 验证CFD (computational fluid dynamics)计算方法的准确性和可靠性。计算加装外挂组合体前后的无人直升机气动特性, 包括不同侧滑角和不同挂载状态, 并进行对比分析。结果表明, 外挂组合体对无人直升机的阻力影响较大, 对升力和俯仰力矩等影响较小。加装外挂组合体后, 无人直升机气动特性受侧滑角变化的影响更大, 外挂组合体中的导弹数量变化对无人直升机的阻力影响较大。研究结果可为加装外挂组合体的气动布局和减阻设计提供参考。     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

轿车会车时气动特性的数值模拟

以标准的SAE1∶4模型为研究对象,应用数值模拟方法对轿车的瞬态会车过程汽车空气动力特性进行研究.使用湍流模型中对于瞬态项的离散化方法,结合计算流体力学中用于瞬态模拟计算的滑移网格技术,对瞬态会车过程中流场变化进行了数值模拟研究.在国家法规允许的1倍车宽横向间距的情况下,捕捉会车过程中单车的阻力系数、升力系数、侧向力系数的瞬态变化,针对流场剖面上的静压场、模型表面的压力场等进行分析,总结了会车过程汽车瞬态气动特性.