C型地铁列车主风道出风均匀性研究

利用数值模拟方法研究了风量不对称条件下C型地铁列车主风道内的空气流动特性和出风均匀性.研究结果表明:最大风量出风口位于左、右两股气流的碰撞区,碰撞区向小送风量一端偏移;左、右风机送风量差异越大,碰撞区偏移对称面的距离越大,风道送风均匀性越差;大风量风机提供的送风一般体现为小风量风机一端出风口的出风量增加.     

高速铁路隧道列车风作用下接触网安全性分析

采用数值模拟方法,对高速列车在隧道内运行过程中所产生的列车风速度的变化过程进行分析,计算隧道内不同位置在列车运行过程中的最大风速和最大风压,进一步研究隧道内预留滑道槽型和螺栓锚固型接触网在列车反复冲击压力作用下的安全性。研究结果表明:隧道内不同断面的接触网设施只在列车车身运行至该断面的一段时间内才承受负向列车风(与列车运行方向相反);离列车表面越近的位置,列车风的速度越大;对于螺栓锚固型接触网悬挂件,在单线隧道350 km/h行车条件下,隧道衬砌混凝土中的最大拉应力已接近混凝土的疲劳抗拉强度,应采取适当的加强措施;对于滑道槽式接触网悬挂件,在列车风的反复作用下是安全的。     

半封闭式风室链条炉的均匀配风与风室密封的研究

文本以DZL4-13-AⅡ型半封闭式风室链条炉为对象,针对风室横向配风均匀性和风室间密封等问题进行理论分析和试验研究,总结了完善这种类型锅炉风室配风系统综合治理结果。所提供的均风装置可为工业锅炉制造厂和用户在节能改造中参考使用。     

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型,对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型,对风屏障进行了模态分析,采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量,据此对风屏障进行了强度校核。结果表明：风屏障自振频率最小为6.11Hz,风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多,不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下,突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59s时,风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移,其中最大负位移达到1.42mm,最大正位移达到0.605mm。H型钢立柱产生最大的Mises应力,达到83.79Mpa,比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。     

高速列车侧风效应的数值模拟

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变.基于三维定常可压缩流动的N-S方程,采用SSTk-ω两方程湍流模型和有限体积法,对某型高速列车以350 km/h的速度在25 m/s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了数值模拟计算,分析了不同风向角的侧风对列车全车,以及受电弓、转向架和风挡等局部区域的作用.结果表明:在侧风作用下,列车的周围包括转向架处均产生复杂的涡流,压力分布十分复杂,转向架对流场的影响不容忽视;随着风向角(0~90°)的增大,侧向力系数及倾覆力矩系数也增大,列车倾覆及脱轨的风险性增加,且头车的倾覆力矩系数远大于中间车和尾车的倾覆力矩系数,应注重对头车的气动性能研究.     

基于STAR-CCM+的整车空调系统计算流体动力学模拟分析

为研究整车空调系统在不同工作模式下的流场分布情况,基于计算流体动力学方法,采用流体分析软件STAR-CCM+对空调系统除霜除雾及吹面模式下内部流场进行数值模拟,分析各风道出风量风量分配的合理性及前挡风玻璃速度分布的均匀性。结果表明：空调系统内部气流流动较顺畅,在除霜除雾模式工作时前挡玻璃A区、左右两侧窗驾驶员视野区的速度分布不理想;吹面模式下中间风道两出风口的速度及风量分配不均匀,影响了气流均匀性。针对速度分布不均、风量分配不均匀的问题提出了相应的优化方案,优化后前档风玻璃表面速度明显改善,侧窗玻璃表面速度略有提升,除霜性能满足国标要求;优化后各吹面风道风量分配更加均匀,有利于乘员舱的舒适性。研究结果可为整车空调系统风道的设计及优化提供仿真数据支撑及理论参考。     

中国恶劣风环境下铁路安全行车研究进展

介绍我国铁路恶劣风环境下正在开展的铁路安全行车方面的研究以及进一步开展的研究,主要包括:风环境下铁路安全行车综合研究方法,如数值计算、风洞试验、在线实车试验、理论分析等;大风环境下列车空气动力特性规律,如列车空气阻力特性、空气升力特性、空气横向动力特性、列车交会空气压力波、风-车-路-局域地貌环境耦合列车空气动力特性等;风环境下列车临界运行速度,如风特性、空气动力、机械动力作用下车辆倾覆稳定性、特殊风环境下的列车临界运行速度;恶劣风环境下铁路安全行车措施,如实施限速(即对风速-路况-车外型与载重不同组合下的列车安全运行速度限值)或停轮,设计合理的列车外形,设置挡风墙,建立铁路大风监测预警与行车指挥系统等.     

双层动车组列车风特性研究

列车行驶过程中会诱导周围空气流动形成列车风，较大强度列车风会危及行人和轨道旁工作人员的安全，甚至会卷起附近的货物和杂物。本文通过数值模拟的方法研究不同行驶速度的五编组双层车厢动车组周围的流场结构和列车风。结果表明：列车风主要由尾流区域涡脱落诱导产生，头车流线型区域、转向架等附属结构和地面效应对诱导列车风也有重要作用。列车周围靠近地面的区域受到附属结构和地面效应直接影响，列车风强度大于远离地面的区域。依据TSI安全准则，行驶速度在200km/h及以下速度级的双层车厢动车组符合列车风风速的安全标准，行驶速度250km/h及以下速度级的双层车厢动车组符合车头压力脉冲要求。     

地铁活塞风的分析计算与有效利用

为了对地铁活塞风有一个比较全面和深入的认识与了解,对活塞风的形成机制及其作用于地铁隧道内的空气流动特性和影响规律进行了分析.以北京正在运营中的某地铁为研究对象,比较了SES与CFD商业计算软件PHOENICS(3.6.1)的计算结果,两者计算结果具有较好的一致性;将SES软件计算结果与现场实测结果进行了比较,结果同样具有较好的一致性.进一步将研究结果应用于正在设计中的北京某地铁通风空调工程设计,提出通过在地铁区间隧道内合理设置活塞风井,有效利用活塞风以减少空调能耗的设计方案.     

风机过滤单元箱体结构与面出风均匀性测点分布的优化

采用数值模拟方法研究常规商用1 175mm×1 175mm(4×4模数)风机过滤单元(fan filter unit,FFU)的马达底板形状、静压箱厚度等结构特性与面出风均匀性的关系,并探究了不同测点分布对测试结果的影响。结果表明:对于4×4模数的FFU,可通过减小马达底板面积和增大静压箱厚度来提高出风均匀性,但存在临界静压箱厚度;在进行出风均匀性测试时,测点分布对测试结果有较大影响,其中6×6中心分布的方法最为适宜。     

极板快速干燥机风道流场的数值模拟和优化

极板快速干燥机是蓄电池生产工艺中的重要设备.为提高干燥效果,采用Solidworks软件,建立风道形状、出风风道几何计算模型,分析风道流场,提出优化方案,为实际生产提供可靠依据.结果表明,梯形风道与矩形风道相比,变截面设计可以提高出风风道两侧末端出风口风速;在出风风道模型中,合理的导流板位置可以提高出风口风速的大小并改善其均匀性.     

高速列车牵引变压器的通风散热性能

基于高速列车在运行过程中,封闭设备舱内会产生大量热量,若不及时排除,会损坏设备舱内的关键设备,严重影响列车安全运行,采用实车试验和数值模拟相结合的方法,研究高速列车牵引变压器风道形式对其通风散热性能的影响。研究结果表明:冷却风道出风口平均风速的数值计算结果与试验结果较吻合,两者相对误差仅为2.9%,验证了数值计算结果的可靠性;当牵引变压器风道采用对称机构时,出风口风量与风道进口面积存在1个理论关系式,通过该式可以得到任意进风口面积下牵引变压器出风口风量。     

列车运行引起的高寒地区隧道内活塞风效应研究

对于高寒区隧道,列车运行产生活塞风会影响隧道内空气与衬砌围岩之间的对流换热,进而影响隧道结构的安全性和使用寿命.结合高寒地区隧道工程实例,运用动网格技术真实地模拟了列车进入隧道、在隧道中持续运行和驶出隧道的全过程,对列车以现行速度运行、快速运行、高速运行时在隧道内引起空气动力学效应进行了研究,分析了活塞风风速的变化规律,得到了列车头部进入隧道和列车尾部离开隧道的时间段内隧道内活塞风风速和列车速度之间的关系.结果表明,无论是列车头部刚驶入隧道时刻还是列车尾部离开隧道的时刻,隧道内的活塞风风速总是随着列车运行速度的增大而增大,为高寒地区高速铁路修建提供参考.     

不同站台配置的列车风特性差异研究

列车高速运行时会产生可能危害站台人员安全的列车风,而对列车风的大多数研究没有考虑站台带来的影响。为研究站台对列车风特征的影响,基于实际情况提出3种站台(无站台、单侧站台和双侧站台)配置,通过改进延迟分离涡(IDDES)数值模拟方法对比分析高速列车在无站台、单侧站台和双侧站台区域的列车风特性与周围流场差异。研究结果表明：考虑站台时,中间车在轨侧产生的合成列车风速度大于无站台配置的列车风速度,而尾流区域的列车风速度较小;站台配置对一定高度上的列车风速度的纵向分量和垂向分量影响显著;站台的垂直端面与列车壁面之间的狭窄空间会改变周围的流场结构,破坏列车尾部压力和漩涡的对称性,在站台上形成随列车纵向长度发展而上移的漩涡,在车辆与站台间区域内的涡度显著增强。基于站台区域最大列车风速度的分布,当列车以300 km/h的速度通过时,若不存在站台,则人员的安全退避距离约为3.4 m,若存在站台,则该距离减小至约2.5 m。     

拉幅定型机烘箱内风道的数值模拟与结构优化

为改善拉幅定型机烘箱内风道的气流分布和喷嘴出口速度不均匀的现象,采用Fluent 14.5软件对风道的流场和压力场进行数值模拟,分析风道的速度矢量图,计算不同位置喷嘴的出口速度.模拟计算结果表明:在风道内等间距安装5块倾斜角为4°的导流板,并调整风道锥角为3°时,可以很大程度改善风道内气流分布和喷嘴出口速度的均匀性,结构优化也较为合理可行.     

着火列车隧道内行驶时的速度场数值模拟

地铁隧道火灾中,列车着火的可能性较大,目前的应急处置办法是尽量带火运行到前方车站进行救援.运用STAR-CCM+的滑移网格功能,研究着火列车以不同的速度行驶时,隧道内速度场的变化规律.结果表明:距离车头较近的位置,活塞风速大小不均匀;当离开车头大于3 m后,活塞风速分布区域均匀;当列车车速较大或在隧道内运行足够长的距离,列车前方活塞风速约为列车行驶速度的1/3.研究结果将为科学评估隧道列车火灾的安全风险和疏散能力提供参考.     

基于动网格的地铁活塞效应非稳态气流模拟

活塞效应是影响地铁隧道和站台气流非稳态流动的主要因素,为此采用现场试验和数值模拟的方法对气流进行分析.其中,实验选在装有安全门的运行车站,并记录列车运行时的测点风速.数值研究基于实验车站的全尺寸模型,并利用动网格技术对其模拟.研究结果表明,采用标准k-ε方程的模拟方法结果和实验数据吻合较好,证明其适用于高雷诺数的隧道模拟研究.研究同时发现,活塞风在站台前后两个联接处(迂回风道和活塞竖井)中表现出比较稳定的分流和吸风比率,且无论在开式系统还是闭式系统状态下,进入迂回风道和吹入站台的风量是成特定比例关系的.     

迂回风道对安全门地铁环控能耗的影响

为了研究迂回风道对安全门地铁环控能耗的影响,首先建立了地铁车站三维模型,并采用示踪气体的方法,结合计算流体动力学(CFD)技术对迂回风道开启或关闭情况下的气流组织进行模拟,得出开启和关闭迂回风道的掺混系数值分别为19.79%和39.10%,表明开启迂回风道能有效降低站台活塞风的进入;然后根据地铁线路系统特性,建立了通风空调网络模型,运用地铁热湿负荷分析模拟软件(STESS)进行能耗模拟分析,重点探讨了不同季节迂回风道的启闭对地铁环控能耗的影响。结果表明,在采用夏季开启,过渡季、冬季关迂回风道的运营模式后,初期每年节省电量1 284 800kW·h,近期每年节省电量2 106 300kW·h,远期每年节省电量711 400kW·h,该措施对安全门地铁环控能耗的降低作用十分明显。     

强侧风作用下带制动风翼板高速列车周围流场结构分析

基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,采用计算流体动力学方法对不同风向角强侧风作用下带制动风翼板高速列车及风翼板表面时均压力分布规律、周围时均流动结构及瞬态流动结构等气动效应进行了数值模拟.初步研究结果表明：强侧风影响下,列车外围流场结构复杂多变,随着风向角在0°～180°内逐渐增大,头车首排制动风翼板前后形成的高压区和低压区、头车司机室上方形成的低压区、尾车司机室与车身连接处形成的低压区及车顶形成的低压区影响范围呈先扩大后逐渐缩小的变化趋势;同时随着风向角的逐渐增大,列车头车和尾车鼻尖处形成的高压区域影响范围逐渐变小、减弱.     

侧风状态下重型卡车气动性能研究

为了研究侧风状态对重型卡车气动性能的影响,建立计算流体动力学模型研究不同横摆角下卡车外流场的变化,随后提出添加横向和纵向隔板作为减阻导流装置,分析两种结构对卡车气动特性的影响,并通过1∶7.5卡车比例模型的风洞试验验证数值仿真模型的有效性。结果表明:侧风状态下重型卡车的风阻、侧向力和升力系数均随横摆角的增大而增大;在货箱前部添加横向或纵向隔板能够切断货箱前方间隙内流体的连续性,能不同程度地降低侧风状态下卡车的风阻系数。与添加纵向隔板相比,添加横向隔板的减阻效果更加明显,横摆角为12°时相对于原车模型的风阻系数下降率可达19.6%。但两种结构对侧向力系数和升力系数的影响很小,说明两种减阻结构在提升燃油经济性的同时,也可保证行车安全性。