CRH3型高速列车气动噪声数值模拟研究

采用非线性声学求解方法(NLAS)进行近场气动噪声研究,通过一个二维后台阶算例进行了方法验证,与实验数据符合良好。在噪声源周围建立噪声面,并利用FW-H方程进行远场噪声评估。对CRH3型高速列车在300 km/h速度下运行进行了气动噪声分析,着重考虑车体几何对气动噪声的影响。首先对高速列车在RANS计算下的统计结果进行分析,研究高速列车关键部位如头部、车厢连接处、尾部等的流场特征。进而通过在列车表面特征位置设置测点,研究车体不同部位对气动噪声产生的贡献。通过在远场设置噪声测点,分析了CRH3型高速列车的远场气动噪声特性,并对噪声水平进行了评估。     

长大编组高速列车横风气动特性研究

采用定常RANS方法,对长大编组高速列车的横风气动特性进行分析,从流场特性和气动力特性两个方面开展研究。结果表明,横风条件下,列车表面流动现象非常丰富,列车首尾流线型存在较多流动分离、再附等现象,且受横风侧偏角影响较大。在列车背风侧出现两个以上的复杂分离涡系,从列车头车下部开始,向列车下游发展并逐渐远离列车车体。分离涡系是列车承受非定常气动力的根源。列车头车是侧向力、滚转力矩最严峻的车厢,且随着横风侧偏角增大,侧向力、滚转力矩逐渐增大,列车行车环境逐渐恶化。     

定常横风作用下高速列车的安全性分析

基于空气动力学理论,建立高速列车空气动力学模型,计算不同运行速度下高速列车在明线运行和明线横风场景下的气动力荷载。同时采用多体系统动力学理论,建立车辆多体动力学仿真模型。将气动荷载导入车辆仿真模型,计算在无横风和有横风条件下,列车以不同速度行驶时的车辆动力学响应及其安全性指标。获得在无横风和有横风条件下高速列车运行安全性随速度的变化规律。研究结果表明,横风作用将对列车的安全运行构成极大的威胁。参照有关高速列车运行安全性评定标准,给出15 m/s横风风速下高速列车安全运行的速度限值。     

高超声速气动热的耦合计算方法研究

为了准确预测高超声速飞行器承受的气动热载荷,需要进行流动-传热耦合分析.采用耦合传热方法,考虑流体流动和结构传热之间的实时相互影响,对圆柱壳高超声速气动加热风洞实验进行了三维非定常数值模拟,将数值模拟结果与实验结果进行了全面对比,得到的表面压力、冷壁热流、热壁热流和温度分布与实验结果符合良好,验证了耦合计算方法的准确性,提高了气动热模拟精度,实现了气动加热的准确计算.     

基于Kriging代理模型的高速列车头型多目标优化设计

随着列车运行速度的提高,气动阻力成为制约列车提速和节能环保的重要因素之一,尾车的气动升力是影响列车乘坐舒适性和运行安全性的关键气动载荷.本文针对CRH380A三辆编组简化外形,以整车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,结合局部型函数三维参数化方法和基于迭代局部搜索算法的带有极大极小准则的中心拉丁超立方采样方法,提出了一套基于自适应非劣分类遗传算法的高速列车头型有约束多目标气动优化设计方法.研究结果表明:局部型函数参数化方法可以较好的应用于复杂三维气动外形的优化设计;自适应非劣分类遗传算法能够较为准确、高效的找到Pareto最优解集;优化后,三辆编组简化外形的整车气动阻力减小3.2%,尾车升力系数减小8.24%,流线型部分的体积减小2.16%,真实外形的整车气动阻力减小2.26%,尾车气动升力减小19.67%,两种外形的气动力变化主要集中在鼻锥和尾锥的变形区域;本文提出的优化设计方法简单、高效,可以为高速列车气动外形多目标、带约束工程优化设计提供参考.     

CRH3型高速列车气动头型优化计算

本文针对CRH3型高速列车的气动外形设计问题,提出了一套高效的头型气动力优化方法.使用NS方程进行流场求解,结合遗传优化算法和任意网格变形技术,避免了流场计算时几何变形和网格剖分的庞大时间开销,提高了优化计算的效率.通过对设计空间中的设计点进行统计分析,研究了优化设计变量与优化目标之间的相关性,分析出了影响优化目标的几个关键变量,并采用Kriging算法对关键设计变量与优化目标进行了响应面分析,得到了关键设计变量与优化目标之间的非线性关系.最后,通过优化头型与原始头型的气动性能比较,对CRH3型高速列车原始头型的气动稳定型进行了评估.     

高速列车受电弓气动噪声特性分析

以某高速列车受电弓为研究对象, 探讨其在350 km/h速度下的气动噪声特性。采用延迟脱体涡模拟(DDES)和声学有限元(FEM)相结合的方法, 分析带导流罩受电弓在升起和下降状态下, 近场和远场气动噪声空间分布规律和频谱特性, 研究流场计算时不同建模方式对诱发噪声幅值和指向性的影响以及壁板的反射和散射作用对噪声频谱特性的影响。结果表明: 1) 在本文选取的受电弓外形和开口方向下, 降弓和导流罩诱发噪声略大于升弓和导流罩诱发噪声; 2) 导流罩在低于300 Hz的低频区诱发噪声比例较大, 而受电弓在300 Hz后诱发噪声影响较大; 导流罩诱发噪声在升弓情形时所占比例相对较大; 3) 在指向性上, 导流罩诱发噪声在受电弓前部贡献较大, 受电弓诱发噪声在后部区域贡献较大; 在列车正上方区域, 弓体诱发噪声大于导流罩诱发噪声, 是主要的气动噪声源。     

一种基于CFD的飞行模拟方法

分析了飞行力学模拟与CFD模拟之间的影响关系。详细考虑了机动飞行过程中飞行参数变化与气动力变化之间的相互影响,开发出基于高精度CFD计算的飞行力学模拟方法。改进了传统飞行力学计算方法,保证了气动数据和飞行数据的计算精度。采用此方法,通过一次数值模拟即可得到飞行过程中气动力及飞行轨迹、飞行速度等的变化过程,可用于对飞行器设计方案进行精细模拟。     

高速列车横风气动力数值计算研究

采用雷诺平均的方法对高速列车横风稳定性进行了数值模拟,重点研究了列车在侧偏角为8.77°下的横风特性。研究对象为高速列车的风洞缩比模型,将数值计算结果与实验值进行了对比。鉴于当前各类软件针对复杂列车车体横风稳定性的计算仍然不成熟,首先进行了三类商用软件的数值计算比较,分析了不同软件计算结果的精度差异。针对复杂列车外形的网格划分也是数值计算中的重要组成部分,针对两套列车网格进行了分析,研究了网格对计算精度的影响。在与实验值拟合最好结果的基础上,还着重研究了列车在横风作用下的气动特性。背风侧上下侧面拐角位置的流动分离是横风效应的最明显特征,由于流动分离而产生的涡系沿着列车背风侧向下游延伸,并且其强度也不断增强。本文还从气动力角度对横风特性展开了研究。横风条件下列车气动力与无横风相比有较大差异,对列车不同部位的气动力及其组成等进行了分析。     

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。