高速铁路隧道列车活塞风计算方法

采用一维非定常可压缩流动模型和特征线法,建立了列车通过高速铁路隧道时产生的活塞风的计算方法,并将该方法与国外学者模型试验数据及常规一维非定常不可压缩流动模型计算结果进行对比,证明其有较高的精度。最后,通过不同阻塞比、列车速度、列车长度和隧道长度时的组合计算,进一步得出各主要因素对活塞风的影响程度,即从大到小分别为列车速度、阻塞比、列车长度和隧道长度。     

新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统

目前高速列车隧道空气动力学模型实验系统主要用于分析隧道内压力波的变化规律,难以对空气动力学效应进行完整的分析.针对这一局限性,从科特流(Couette)理论出发,提出了一种新型实验系统即旋转式高速列车—隧道模型实验系统,介绍了该系统的可行性、结构、实验原理及其特点.分析表明:该新型实验系统结构简单、功能完善、成本低、实验重复性好,适用于进行高速列车通过隧道时产生压力瞬变、微气压波、列车活塞风、行车阻力和气动噪声等一系列空气动力学实验,并能测量隧道内和列车隧道环形空间的气流速度场,对研究高速列车隧道空气动力学问题有重要意义.     

矿井井筒提升容器活塞风效应分析及计算

矿井提升容器在井筒中占据了部分井筒空间,升降运动时,产生活塞作用效应,提升容器周围的流场和压力场均发生变化,产生动态局部阻力.根据流体力学理论,分析了罐笼在井筒内升降过程中空气的速度变化情况,采用相对坐标法推导了在井筒风速影响下罐笼顺风、逆风和相会时的活塞风速数学计算模型.研究结果表明,井筒提升容器活塞效应的影响因素主要有提升容器的外形尺寸、井筒内的机械通风风速和阻塞比等.研究结论为研究由于矿井井筒提升容器活塞作用效应产生动态局部阻力提供了理论依据.图2,参11.     

高速运行下高塔内壁防腐设备的活塞风效应研究

高塔内壁防腐设备工作时需在火电厂高塔内做高速上下往复运动,这一过程产生的活塞风可能导致设备的振动,对喷涂质量有重要的影响。为了研究风速和设备运行速度对活塞风的影响,文章根据Bernoulli原理推导设备在不同运行状态下活塞风风速的计算公式;采用Fluent软件模拟设备高速运行下的流体速度场及压力场分布。研究表明:设备速度一定的前提下,顺风运行时产生的活塞风风速随设备运行速度和风速差值的增大而增大,逆风运行时产生的活塞风风速随着风速的增大而增大;由于设备逆风运行时活塞风效应显著,设备在上行和下行时应分别采取不同的速度曲线;在风速一定时,轿厢运行速度越快,活塞风风速越高;设备在启动后加速4s时顶、底面压差达到最大值129.39Pa,设备尾部气流速度峰值同样达到最大值11.33m/s;阻塞比越大,活塞风效应越显著,在满足结构设计的前提下,设备尺寸选用3m×3m×5m是合理的。研究结果为提高喷涂质量提供了一定的理论依据和数值参考。     

不同装载情况下矿井活塞风效应的数值模拟

为了减少运输设备对矿井通风系统的影响,分别建立了矿车在空栽和满载两种情况下的矿井活塞风数值分析模型,对两种情况下的活塞风效应进行数值模拟,绘制流场迹线图。在相同列车运行速度和巷道通风速度条件下,得出空载情况下产生的活塞风大于满载时效应、对巷道通风阻力影响较大;空载条件下活塞风对列车运行前方静压场影响距离小于满载情况下影响距离,对列车运行后方影响距离大于满载情况下影响距离;空载条件下活塞风对列车运行前方、运行后方速度场影响距离均大于满载情况;活塞风控制应着重空载情况。     

考虑车桥间气动干扰的桥上车辆行驶安全性分析

为了研究车桥间气动干扰对桥上车辆行驶的影响,以重庆太洪长江大桥为研究背景,针对厢式货车和小轿车2种车型,对强风作用下车桥的动力响应和车辆的行车安全性进行了分析.首先基于风-车-桥耦合整体分析系统,分别获得考虑与不考虑车桥间气动干扰两种情况下车辆的竖向、俯仰、侧倾加速度响应以及桥梁侧向加速度响应,将获得的加速度响应导入MATLAB所编制的局部事故分析程序中,获得车辆侧滑位移和每个车轮反力比,根据行车事故判定准则,判断车辆是否发生事故;然后通过逐级增加车速和风速,得到了2种车型在不同车速下的临界风速.研究结果表明:考虑车桥间气动干扰对车辆动力响应影响较大,从而对桥上车辆行驶安全性影响显著,不考虑车桥间气动干扰的行车安全性分析结果偏保守,此外,考虑车桥间气动干扰还影响车辆在桥上行驶时发生的事故类型.研究结果为强风气象条件下大跨度桥梁的运营安全和科学管理提供了合理的理论参考和数据支撑.     

隧道结构对高速列车穿行过程气动特性的影响

以CRH2型高速列车穿行隧道过程的气动特性为研究对象,建立了列车模型及具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道计算模型,并与相同工况下的模型实验进行对比,验证了仿真模型的可行性.以kε-湍流模型为基础,对高速列车以不同速度进入具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道时的外流场进行了仿真模拟.分析了列车在进入隧道时压缩波的产生机理,得到了列车表面风口在车体进入隧道过程中的压力波动情况.仿真结果表明:隧道缓冲结构的缓冲性能按抛物线型、线性、不连续性的顺序依次减小;压力值随阻塞比增大而线性减小.由此提出了减小列车进入隧道时表面压力波动的方法.     

基于偏航角分布的汽车风平均阻力系数计算方法

汽车油耗和排放法规对正确测量和降低行驶阻力提出了更高的要求,空气阻力是汽车中高速巡航工况的主要阻力来源,真实道路自然风对汽车的气动阻力具有显著的影响.通过提出汽车在真实道路环境行驶的偏航角概率分布特征以及基于偏航角概率分布特征的风平均阻力系数的计算方法,对比了不同风平均阻力系数的计算方法,分析了车辆基本尺寸参数对风平均...     

铁路隧道列车相会时活塞风理论计算

由于占据了部分隧道空间,列车在运行时会产生活塞作用效应,列车周围的流场和压力场均发生变化,造成了隧道与外部空间的空气交换.为了找出列车相会时活塞效应的关键因素,根据粘性流体力学的非稳定流理论,分析了列车在隧道内的运行情况,采用相对坐标法建立了列车相会时的活塞风数学模型,提出了在自然风速影响下列车相会以及减速相会时的活塞风速计算方法.结果表明,列车活塞效应的影响因素主要有隧道净空尺寸、自然风速和阻塞比等.     

高速列车气动效应研究

基于由3节车组成的CRH3和CRH-380型高速列车模型,在不同速度条件下,研究车轮旋转对高速列车及各部分气动阻力和升力的影响,以及车厢间风挡形式对各车厢和车厢连接处气动性能的影响。结果表明,车轮旋转的诱导效应对高速列车模型的全车及各部分气动阻力影响较小,对尾车、各转向架气动升力的影响较大。车厢间风挡形式对车厢的压差阻力和粘性阻力影响不大。相比于侧风挡,上下风挡对升力影响更大。建立适用于高速列车的二维模型的雨载荷计算方法。在降雨和无雨条件下,模型所受横向力、升力和翻滚力矩均随横风风速的增大而增大。相比于无雨条件,降雨时模型所受的总横向力和翻滚力矩明显增大,且随降雨强度的增大相应增大。升力在降雨和无雨时变化不大,且随降雨强度的增大总升力略有下降。采用非定常数值模拟方法系统研究了复杂外形高速列车的底部流动特性,并针对列车转向架中的旋转结构对于底部流动特性的影响进行了对比分析。列车底部结构的气动阻力是整车气动阻力的重要组成,列车底部结构的气动载荷对于整车的气动载荷具有重要影响。轮对的旋转效应会对列车气动载荷的非定常特性产生很大影响。基于替代模拟技术和多目标遗传算法进行了高速列车头型多目标有约束气动外形优化设计的研究,首先采用增量叠加参数化方法对高速列车头型进行参数化设计,然后以列车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,得到了Pareto最优解集。基于压力波的形成机理和初始压缩波的经验公式,建立了压力波的"波叠加"的解析分析方法。研究表明一维流动模型和波叠加法能够快速得出多参数下的压力波的平均特性和最不利隧道长度等。三维流动模型能够得到细致的压力波形成机理和列车外部压力的三维特征。波叠加法可作为校验数值方法的一种理论方法和快速进行大量不同列车与隧道参数的比较性研究工具。