风向角对高速列车驶出隧道过程中气动效应的影响

为研究风向角对驶出隧道过程中高速列车气动效应的影响,以某型高速动车组列车为研究对象,采用数值模拟方法对隧道内气动压力、列车风风速、流场分布及列车气动荷载进行分析。通过与动模型试验结果进出对比,验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明：隧道壁面气动压力峰值及变化幅值最大值出现在隧道内部,且出现位置到隧道出口距离与风向角有关;背风侧气动压力受风向角影响更大,气动压力变化幅值随风向角增大呈现先减小后增大再减小的趋势;出口处列车风风速随风向角增大基本呈现先增大后减小的趋势,30°风向角时列车风风速最大,但迎、背风侧列车风风速峰值出现时刻不同;随着风向角增大,流场分布不对称性增强,列车绕流特性由流线型绕流逐渐过渡到钝体绕流,流动分离点到头车鼻尖的距离呈现先增大后减小最后再增大的变化规律,隧道内流动结构愈加复杂;气动横向力、升力变化幅值随风向角增加呈现先增后减趋势,头车横向力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的2.4倍和2.6倍,升力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的1.1倍和1.5倍,故保证头车安全是控制整车运行安全的关键;侧风下高速列车驶出隧道情形下的最不利风向角为30°,此时头车发生列车事故风险...     

环境因素对复合绝缘子积污特性的影响

复合绝缘子在电力系统中被广泛应用,研究复合绝缘子积污特性与影响因素对降低绝缘子污闪事故的发生有着重要意义。基于FXBW4-10/100型复合绝缘子,建立了欧拉双相流绝缘子积污模型,对不同风速、粒径、浓度下绝缘子的表面积污特性进行研究。结果表明：污秽颗粒主要集中在绝缘子的迎风侧以及背风侧,绝缘子侧风侧积污较少;下表面积污体积分数高于上表面;随着风速的增加,绝缘子迎风侧与背风侧积污体积分数逐渐增大,侧风侧的积污体积分数先增加后减小;绝缘子表面的污秽程度随颗粒浓度的增加近似呈线性增加,整体积污均呈伞形分布;背风侧的积污程度随着颗粒粒径的增加呈现先增大后减小的情况。     

大型户外独立柱广告牌风压分布特性

通过风洞试验,测量三面板和双面板两种独立柱广告牌模型的面板表面风压,研究其分布规律.讨论面板表面平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性及随风向角的变化,以及面板表面典型测点脉动风压的频域特性.结果表明:各块面板表面的平均风压系数绝对值均随风向角的增加而逐渐减小;对于背风面板,面板边缘附近的平均风压系数绝对值及脉动风压系数要比面板内部区域大;在各个风向角下,单个面板两表面均存在风压的叠加或抵消效应;迎风面板外表面的脉动风压主频低于背风面板外表面脉动风压的主频,能量也较小,各块面板的内表面脉动风压频带均较宽,能量更小;广告牌立柱对于面板表面局部风压系数的影响较大.     

下击暴流作用下低矮双坡建筑表面风压特性研究

为研究下击暴流对低矮双坡建筑的影响，基于计算流体动力学方法模拟了下击暴流作用下低矮双坡建筑表面风压，分析了两种典型屋面坡角和湍流模型对下击暴流作用下低矮双坡建筑物的表面风压特性的影响.结果表明：下击暴流作用下，小坡角(16°)时迎风面上边缘的负压梯度较大，两侧屋面受到负压作用，大坡角(35°)时屋脊处的负压较大且更加集中，迎风面侧和背风侧屋面分别呈现正压分布和负压分布；在采用标准壁面函数处理近壁面粘性区域时，不同湍流模型的低矮双坡建筑风压分布的差别主要体现在迎风面、屋脊处以及两侧屋盖面上下边缘，剪切应力运输湍流模型更适合于模拟下击暴流作用下大坡角低矮双坡建筑物屋脊处风压以及处理小坡角低矮双坡建筑物沿来流方向屋面上下两边缘棱角处的强分离流动问题.     

新月形沙丘表面粒度特征对沙丘发育规模及风向变化的响应——以塔克拉玛干沙漠东南缘新月形沙丘为例

以塔克拉玛干沙漠东南缘新月形沙丘为研究对象,分析3个不同发育规模和相反风向作用后沙丘表面沉积物粒度参数,得出以下结论:1）新月形沙丘表面沉积物以砾石和极粗沙为主,二者总占比79.09%,与之对应的,沉积物概率累积曲线多以蠕移质为主,其次为跃移质．沙丘形态及其表面微地貌变化,使得沉积物粒度特征在沿风向的不同断面呈现3种模式:迎风坡脚最粗、沿迎风坡经丘顶/脊线至背风坡脚逐渐变细,分选丘顶/脊线最好、由此分别至迎/背风坡脚变差;迎风坡上/下部最粗、由此至迎/背风坡脚变细,分选丘顶/脊线最好、由此至迎/背风坡脚变差;迎风坡上/下部最粗、由此至迎/背风坡脚变细,分选迎风坡脚最好、沿迎风坡经丘顶/脊线至背风坡脚变差．2）随沙丘高度增加,迎风坡和背风坡沉积物先变细后变粗,丘顶/脊线逐渐变粗,但分选性均变好;两翼角沉积物粒径差值增大,粒径粗、分选好的短翼角变为长翼角．3）相对于区域主风向（NE）,反风向（SW）作用后,迎风坡沉积物变细、分选变差,丘顶变粗、分选变好,背风坡脚变细、分选无明显变化．迎风坡表面和背风坡脚细沙、极细沙和粉沙总占比增加,砾石和极粗沙总占比减少;丘顶正相反．      

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素研究

掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。借助采用大涡模拟（LES）的方法,对低矮建筑非定常绕流进行了大涡数值模拟研究,分别分析了不同运算时间、建筑物不同高度处及不同风速因素,对低矮建筑非定常绕流特性的影响。结果表明：（1）随着时间的增加,建筑物迎风侧的速度和压力均增大,背风侧的压力出现了负值,速度最小值出现在背风侧的涡中心位置;（2）随着建筑物高度逐渐增加,涡的位置逐渐向上偏移,由于风速比较均匀,当遇到建筑物时,在建筑物迎风侧,速度流线会形成一种上升的趋势,背风侧的压力逐渐增加;（3）随着风速的增加,建筑物的背风侧出现了大涡且速度逐渐增大,背风侧的压力最小值逐渐减小。     

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素

掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。借助采用大涡模拟(LES)的方法,对低矮建筑非定常绕流进行了大涡数值模拟研究。分别分析了不同运算时间、建筑物不同高度处及不同风速因素,对低矮建筑非定常绕流特性的影响。结果表明:(1)随着时间的增加,建筑物迎风侧的速度和压力均增大,背风侧的压力出现了负值,速度最小值出现在背风侧的涡中心位置。(2)随着建筑物高度逐渐增加,涡的位置逐渐向上偏移,由于风速比较均匀,当遇到建筑物时,在建筑物迎风侧,速度流线会形成一种上升的趋势,背风侧的压力逐渐增加。(3)随着风速的增加,建筑物的背风侧出现了大涡,且速度逐渐增大,背风侧的压力最小值逐渐减小。     

双并列高层建筑平均风压系数干扰效应分析

基于风洞测压试验，通过改变双并列高层建筑间的间距和风向角，分析双并列且高度不一的高层建筑表面风压分布特性。结果表明，在单栋高层建筑周围加入施扰建筑形成双并列布局后，两建筑相对立面上的风压分布和风压值会发生较大变化。建筑表面的风压极值随着间距的增大而减小，且随着风向角从0°增大至90°，其由自上而下逐级分布逐渐转变为从左到右的规律分布，正负风压极值分别出现在建筑立面左右边缘的拐角处；当风向角为90°时，两建筑立面间形成加速气流，在建筑表面形成较大的负压，影响建筑结构的抗风性能。     

小尺度新月形沙丘背风侧流场特性的大涡模拟分析

为了准确获得新月形沙丘背风侧湍流流场流动特性,采用基于Smagorinsky的亚格子尺度涡黏模型的大涡模拟(LES)方法,对简化了的实验缩比小尺度沙丘模型绕流气相流场进行了数值研究,模拟了相同来流风速、不同沙丘迎风坡度和高度下背风侧风场的湍流流动模式,获得了背风侧区域地表面摩擦系数分布,比较了回流区长度和湍流强度分布.模拟结果表明:LES方法能较好地揭示背风侧湍流流场特性;流场重附距离随沙丘迎风坡度和高度的增加而增大;背风侧回流区内湍流强度总体上比回流区外大,回流区内沙丘坡脚位置及重附点位置处湍流强度最大值出现在贴近地表附近,随沙丘高度的增加而增大;回流区中部湍流强度最大值出现在回流区顶部,随沙丘高度的增加先增大后基本不变.     

切角矩形断面高层建筑风压特性试验研究

针对切角矩形断面高层建筑体型复杂且其风压特性无法通过建筑结构荷载规范直接选取的现状,以某一变宽度切角矩形断面高层建筑为研究对象,在考虑周边复杂建筑风环境的影响下通过刚体模型测压试验研究了建筑模型表面风压系数和体型系数,并讨论了切角矩形断面高层建筑局部风压随风向角和高度的变化规律。结果表明:切角矩形断面高层建筑表面风压特性与常规矩形断面高层建筑基本一致,垂直来流的标准迎风面的平均风压系数为正值,且随着高度增加而增加;斜迎风面与来流方向呈45°时风压系数和规范值差距较大,正负值符号与斜切面与正立面宽度比有关,并给出了最大宽度比为1/8时的取值结果;侧风面和背风面为负压区,背风面平均风压系数约为侧风面的1/2;最大脉动风压和最小平均风压均出现在边角切面处。周边建筑对该高层建筑中下部表面风压的影响较大,个别侧风面受此干扰风压分布无明显规律可寻。     

横风桥隧区域列车突出隧道时的瞬态气动特性

基于横风作用下高速列车流场的非定常特性，建立了横风-列车-桥隧模型进行仿真计算，并通过1∶8列车动模型试验验证数值方法的准确性。随后研究横风条件下列车突出隧道时，隧道内外瞬态气动压力、气动荷载变化及流场特性，揭示了横风-列车-隧道之间的相互作用机理。研究结果表明：随着横风风速的增大，压力逐渐减小，但压力随时间的变化规律相似；横风对隧道出口处及隧道外监测点处的压力梯度有明显的影响，对于隧道内的监测点几乎没有影响；随着横风风速增大，隧道外背风侧正压峰值随风速增大略有减小，迎风侧正压峰值基本保持不变，背风侧负压峰值减小速率大于迎风侧；横风对列车突出隧道运行过程的压力波动影响有限，在横风风速为20 m/s时，隧道外界流场影响隧道内气动压力的范围不超过20 m。同种横风条件下，迎风侧、背风侧监测点处压力时程变化规律不相同，压力梯度峰值出现的位置也不同，且位于列车同侧越靠近地面的监测点处压力峰值及压力梯度峰值绝对值越大；横风下，气流经过车-桥系统时，在桥底部、列车背风侧顶部及底部发生明显的流动分离现象，导致隧道外车体两侧的压差大于隧道内车体两侧压差。     

下击暴流强风冲击作用下定日镜风压时变特征

为研究下击暴流强风冲击作用下定日镜表面风压变化特征,基于计算流体动力学的方法对下击暴流瞬态风场中不同工作姿态的定日镜表面风压进行数值模拟.结果 表明,受到下击暴流形成扩散过程引起的近地面风场变化影响,在下击暴流的冲击作用下定日镜迎风面和背风面风压都表现为先增大后减小的时变特征,背风面比迎风面提前达到压力峰值,且迎风面和背风面瞬时峰值压力均明显大于稳态风场中的相应峰值压力.同一时刻下,定日镜迎风面正压峰值中心随着俯仰角的增大逐渐向上移至镜面中心,风压系数峰值可达1.4,背风面负压峰值中心随俯仰角增大逐渐向两侧水平偏移,风压系数峰值由1.8减小到1.0.在小俯仰角工作姿态下定日镜背风面会遭受更大的负压作用,说明现行的定日镜抗风设计中采用的小俯仰角避险姿态并不完全适用于下击暴流强风作用的状况.     

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.     

坡角影响低矮房屋屋面风载体型系数规律试验

基于5个不同坡角、缩尺比为1︰20的双坡低矮房屋风洞试验模型,在3类不同地貌条件下,以风向角、坡角为变量深入研究坡角影响低矮房屋屋面区域体型系数变化规律.参考中国、美国和日本荷载规范对屋面进行区域划分,给出不同屋面划分形式下屋面体型系数,分析坡角、风向角和地貌对屋面分区体型系数的影响.研究结果表明:坡角对低矮房屋屋面不同区域局部体型系数影响较大,随着坡角的增大迎风屋面处体型系数绝对值减小,18.4°坡角房屋背风屋面风压体型系数绝对值最大;屋面划分形式相对应的体型系数数值大小也不同,中国规范给出的体型系数数值偏小;风向角为0°,90°时地貌影响屋面体型系数大于其他风向角,湍流度增大屋面体型系数绝对值呈现递增趋势.     

常规风和下击暴流作用下定日镜风压特性比较

利用计算流体动力学方法对常规风和下击暴流作用下定日镜的表面风压进行数值模拟和对比分析.研究结果表明:在常规风和下击暴流作用下,定日镜在各工作仰角下的迎风面均以正压为主,在镜面上边缘存在极小范围的负压区域,背风面负压整体呈现上部小、下部大对称分布的特点.随着工作仰角的增大,在常规风和下击暴流作用下,定日镜迎风面压力峰值中心均由底部逐渐上移,峰值压力逐渐增大,当处于大工作仰角时,迎风面高压区在常规风风场中位于上部,而下击暴流风场中位于中部且高压区分布范围比常规风更大.定日镜背风面负压峰值随工作仰角增大在常规风风场中逐渐减小,而在下击暴流风场中背风面压力基本不变,当处于小工作仰角时,在常规风风场中定日镜背风面谷值压力位于上部,分布梯度明显,在下击暴流风场中背风面压力分布较均匀.     

挑臂长度对钢桁梁颤振稳定性的影响

基于数值模拟方法研究挑臂长度对钢桁梁悬索桥的颤振稳定性影响. 通过风洞试验测试不同攻角下某悬索桥钢桁梁原设计断面（挑臂长度L为0.947 m）的颤振稳定性，并与CFD结果对比，验证了数值方法的可靠性. 然后对同一折减风速下单个周期气动力输入的能量值大小以及流场的演变规律进行研究，得到不同的挑臂长度（0.0L， 0.5L， 1.0L， 1.5L）对钢桁梁颤振稳定性的影响. 结果表明：正攻角下，挑臂长度对钢桁梁的颤振稳定性影响不明显，而0°攻角及负攻角下，挑臂长度为1.5L的钢桁梁断面颤振稳定性显著优于其他工况. 0°攻角钢桁梁上表面旋涡的运动导致的压强变化以及下表面迎风侧压力值的变化成为气动力的主导因素，气动力方向与钢桁梁运动方向相同，促进扭转振动发散，而增大挑臂的长度削弱了上表面旋涡的尺度，并在挑臂处形成了强度大小相对稳定的压强区. 负攻角钢桁梁上表面无明显旋涡，下表面旋涡的演变及压力变化成为颤振发散的主导因素，增加挑臂能削弱下表面旋涡的尺度和强度，并在迎风侧挑臂的下表面处持续形成稳定的负压区，气动力输入的能量值为负.     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

强侧风作用下客车车体气动外形优化

采用三维、不可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,利用有限体积法分别对不同截面形状车体在不同风速、不同风向角以及不同车速工况下的气动性能进行模拟.研究结果表明:在不同横风风速下,车体气动力均随着横风风速的增大而增大,而气动力系数基本保持不变;在不同风向角下,车体气动力随着风向角的增加而增大;当风向角增加到75°时,气动力增长率变小,气动力系数也是随风向角的增加而增大;在不同车速下,车体的气动力随车速的增大变化不大,但气动力系数随车速的增大反而减小.     

龙卷风作用下四坡屋面建筑风荷载特性数值模拟研究

文章基于计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟,采用剪切应力传输(shear stress transport, SST)k-ω湍流模型对龙卷风作用下的四坡屋面低矮建筑风荷载进行模拟研究,针对多个龙卷风方位角,分析获取不同坡角和有、无挑檐时建筑表面风压分布规律以及分区风载体型系数。结果表明:建筑背风屋面始终承受风吸力作用,并随着屋面坡角增加,风吸力不断增大;随着坡角增加,迎风屋面受荷形式由受风吸力为主转变为受风压力为主;整体来看,挑檐的存在有利于减小四坡建筑屋面的龙卷风荷载作用。     

架空碟形空间结构风场数值模拟和抗风优化

基于计算流体动力学方法,利用FLUENT软件对架空碟形空间结构的风场绕流特性和表面风压分布进行数值模拟,获得不同风向角下结构风压分布,分析了支撑柱高度、上碟面和下碟面矢跨比对风载体型系数分布和结构风致整体合力的影响.结果表明,支撑柱高度的选择既要有利于空气泄流,又要防止因高度过高引起风致整体合力的增大.研究发现,随着上下碟面矢跨比增加,迎风面正风压显著增大,背风面涡旋作用更加明显,结构风致整体合力呈增大趋势,碟面扁平化可明显改善结构抗风特性.给出的架空碟形空间结构抗风优化建议,可为该类结构抗风设计提供参考.