单线路堤上挡风墙高度研究

采用数值模拟计算的方法,对单线路堤上不同高度单、双侧挡风墙对列车气动性能的影响进行研究。研究结果表明:安装挡风墙后,车辆的气动力系数远远小于无挡风墙时的气动力系数,车辆的迎风面受到的压力由大部分正压转变为大部分负压,车辆顶部受到的负压明显减小;挡风墙的不同高度对车辆的气动性能有明显影响,挡风墙高度较低时,横向力系数为正值,随挡风墙高度的增加而减小,达到一定高度后,由正值变为负值,而倾覆力矩系数则正好相反;对于单侧挡风墙,在挡风墙高度为1.85 m时,车体的倾覆力矩系数为0,其合理高度应为1.85 m;对于双侧挡风墙,当挡风墙高度为2.00 m时,倾覆力矩系数为0,因此,挡风墙合理高度为2.00 m。     

双层集装箱车辆和棚车气动性能的比较

基于三维定常不可压Reynolds时均Navier-Stokes方程和k-ε双方程模型,采用有限体积法对横风、路堤、挡风墙等环境耦合下运行的双层集装箱车辆和棚车的气动性能进行数值分析.研究结果表明:双层集装箱车辆周围流场较棚车复杂,前者横向力与侧滚力矩均比后者的大;无挡风墙时,双层集装箱车辆和棚车的气动力与路堤高度均呈线性关系,前者横向力及侧滚力矩与路堤高度的线性比例系数均比后者的大,分别为5.37和-11.09,对棚车则分别为3.53和-10.46;有挡风墙时,两车的气动力差值随路堤高度增加而减小,路堤高度0 m时其差值最大,前者横向力较后者大57.12 kN,侧滚力矩则大177.11 kN·m;设置挡风墙后,车辆横向力和侧滚力矩大大减小,路堤高度越高,减小幅度越明显,表明挡风墙对提高大风区尤其是高路堤区段的车辆气动性能效果显著.     

基于近似模型的汽车除霜出风口参数优化设计

文章将空调出风口几何尺寸和出风角度参数定义成设计变量,设计目标为风窗玻璃A、B区平均努塞尔数.通过设计实验选取30个样本点,采用Kriging模型建立近似模型,并利用多岛遗传算法对该近似模型进行优化设计.优化结果表明,优化后风窗玻璃A、B区平均努塞尔数分别了提高16.70％.和14.30％.     

兰新铁路土堤式挡风墙阶梯式设计

采用计算流体力学方法对土堤式挡风墙阶梯式设计进行了数值模拟,分析挡风墙后列车的气动性能。研究结果表明:采用阶梯式设计后,列车所受到的横向力、升力和倾覆力矩明显减小,中间客车的横向力、升力和倾覆力矩分别最大减少88.7%,58.3%和75.6%;车体迎风面较大面积的强正压转变为大部分负压,车体顶部负压减小,整个车体基本处于一个负压环境中,因而受力情况明显好于原挡风墙下的车体受力。同一阶梯高度下,机车受到的横向力和倾覆力矩最大,第一节客车受到的升力最大;不同车速下,车体横向力、倾覆力矩随阶梯高度变化的拟合曲线基本相同,且在阶梯高度0.6~1.0 m之间变化平缓。     

曲线式挡风墙对桥上CRH1型高速列车横风气动特性的影响

建立有效防风设施是保障桥上高速列车横风安全性的重要措施,为探索一种新型桥上曲线式挡风墙的防风效果,本文采用基于Realizable k-ε方程湍流模型的数值模拟方法,研究了具有不同高度(H)和不同弯曲程度(α)的曲线式挡风墙对高速列车横风气动特性的影响规律,结果表明:当设置α≈1/3、 H=2 m的矮挡风墙,或设置弯曲程度0α2/3、 H=5.5 m的高挡风墙时,列车受到的倾覆力矩最小,横风稳定性最佳,并得到了具有最佳防风效果的曲线式挡风墙H-α匹配曲线,为高架桥上防风设施的设计提供了理论依据.     

基于自由变形技术的Ahmed模型气动减阻优化

针对目前汽车气动减阻中基于工程师经验的试凑法所存在的盲目性和低效率,以及气动优化设计中车身曲面难于参数化等问题,将自由变形方法引入汽车气动减阻优化设计中,为减阻优化设计提供一种快速、有效的参数化方法.文中以外形简单的Ahmed模型为研究对象,根据正交试验设计构建样本空间,采用FFD方法对各样本点模型进行参数化,通过CFD仿真获得各样本的气动阻力系数;建立3种常用的近似模型,选择可信度最高的RBF模型构建近似模型,采用多岛遗传算法求解近似模型的最优值,根据优化结果重新构建最优模型并采用CFD计算其气动阻力系数.计算结果显示优化后的Ahmed模型气动阻力系数减少了51.96%.      

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。     

高速铁路开孔式挡风墙外形优化研究

为保障高速动车组的安全运行,亟需对强侧风下动车组的气动性能及防护措施进行研究。基于三维、非定常N-S方程和k-ε双方程湍流模型,对高路堤、强横风条件下,动车组和开孔式挡风墙的气动力进行数值模拟计算。综合分析动车组和挡风墙的计算结果,得出:动车组头车所受到的横向力和倾覆力矩最大;圆孔式挡风墙下运行动车组的横向气动性能比方孔式挡风墙的优;阵列式和交错式2种排列方式挡风墙挡风效果相差不大;20%,30%和40%这3种透风率挡风墙中,透风率为30%的挡风墙下运行动车组的横向气动性能最好;透风率为30%的挡风墙的孔径分别为15,20,25和30 cm时,动车组所受到的横向气动力以及挡风墙所受到的倾覆力矩均相差不大;头车横向力和倾覆力矩的最大值与最小值之间的相对误差分别为2.11%和1.86%,挡风墙所受到的倾覆力矩在有车和无车运行情况下,其最大值与最小值之间分别相差3.79%和0.81%。     

计算机试验的分步优化设计研究

针对传统的计算机试验优化设计计算费时的不足,一方面改进了原始的随机进化寻优算法,以兼顾深度搜索与广度搜索;另一方面提出了分步试验优化设计的思路,逐步分批地布置试验样本点,化整为零地减小搜索空间;最后采用径向基神经网络替代模型,以均匀试验设计为例,检验分步试验优化设计方法的有效性.计算实践表明,改进算法可平均节省50%左右的机时,寻找到与原始算法结果相差约1%的最优值;分步试验设计较一步试验设计可减少40%~60%左右的机时,数值实验表明,随着试验样本点数量的递增,由不同试验设计所产生的替代模型的误差将趋于一致,分步试验设计尤其适合基于大规模试验样本点的替代模型.     

近似模型方法在螺旋桨优化设计中的应用

为了提高螺旋桨优化设计的质量和效率,将试验设计方法、近似模型和粒子群算法相结合,建立了基于近似模型的螺旋桨优化设计的方法.首先,以螺旋桨的几何参数为设计变量和以推力系数与效率为目标函数,引入试验设计的方法对整个设计空间采样,采用定常面元法预报程序计算出样本螺旋桨的水动力性能.其次,根据采样得到的样本库建立螺旋桨几何参数和水动力性能之间的克里格近似模型.最后,结合该近似模型和粒子群算法对螺旋桨的多目标优化设计.以P4382桨和Ka0.5导管桨为例,验证近似方法应用于螺旋桨优化设计的可行性.结果表明:近似模型方法能够实现目标桨的推力系数和效率的提高,而且优化速度快.