轨道车辆内部压力与车体气密性、外部压力的关系

采用理论分析、数值计算与模型试验相结合的方法, 研究了轨道车辆车体气密性评价指标体系, 并采用泄压时间或等效泄压孔面积表达车体气密性; 给出了车外瞬态压力向车内传递的规律, 得到了车内压力与进出车体空气流量理论关系式; 采用大刚度车体模型研究了车内压力与车体气密性、车外压力变化关系, 设计了带有泄压孔的大刚度车体模型, 得出车体泄压孔半径与泄压时间的关系式, 并将5种不同泄压时间的大刚度车体模型先后置于交变压力模拟试验台密闭室中进行试验, 分析了试验数据。分析结果表明: 当车体空气进出口体积流量恒定时, 车内压力随时间呈线性关系变化; 当车体空气进出口流量为关于时间的函数时, 车内压力为车体空气进出口流量关于时间的积分; 不同泄压孔径车体模型的试验和计算泄压时间误差绝对值不超过6.5%, 说明通过数值计算拟合的泄压时间和泄压孔半径关系式基本正确; 车体气密性与车内压力变化率基本呈幂函数关系变化; 车内压力变化率与车外压力幅值基本呈线性关系变化; 得到了大刚度车体模型车内空气压力变化率与车体气密性、车内外压力幅值关系式, 为制定科学、合理的轨道车辆车体气密性指标提供了理论支撑。      

TR磁浮列车湍流外流场数值计算

根据可压缩粘性流体Navier-Stokes方程和k-ε两方程湍流模型，采用有限容积法对以430km／h运行的TR磁浮列车的湍流外流场进行了数值计算，得到了列车上部、侧面和下部的列车风场特性．研究结果表明，在距列车顶部和侧面2m范围内，速度波动在10m／s以上，压力波动在1．3kPa以上；在列车下部距地面2m高的水平面上，速度波动小于5m／s，压力波动小于0．7kPa．     

计算区域尺寸对列车绕流数值模拟的影响

对于列车绕流数值模拟而言,其计算区域越大,边界条件对计算结果的影响越小,但过大的计算区域会导致计算工作量和计算时间的增加,因此,计算区域尺寸的选取是列车绕流数值模拟的关键之一。通过建立12种不同尺寸的计算区域模型,结合数值模拟方法,研究其对列车压力分布特征及气动性能的影响。研究结果表明:数值计算仿真得到的气动力系数与风洞试验得到的气动力系数的误差4%;当计算区域上游高度≥8倍特征高度时,头车鼻尖驻点压力系数基本稳定在1.0左右。通过对比不同大小计算区域的计算结果可知,流线型高速列车绕流数值仿真的推荐采用最小计算区域尺寸为:高度方向为12倍特征高度,宽度方向为24倍特征高度,长度方向上游为12倍特征高度,下游方向为24倍特征高度。     

计算网格对列车空气动力学不确定性的影响

为评价计算网格对明线列车空气动力学数值仿真计算结果的影响,基于计算流体力学,研究了计算网格对列车气动特性的不确定性. 首先根据3种不同尺寸的计算网格及其计算结果,提出了计算网格对列车气动力和表面压力不确定性的计算方法;其次以ICE2列车为研究对象,划分了3种不同尺寸的计算网格,数值仿真得到了列车气动力和典型截面的压力;最后研究了该列车头车气动力和典型截面压力的不确定性. 研究结果表明:数值仿真得到的气动侧力系数与试验数据的误差仅为0.31%;车身迎风侧表面压力的不确定性接近于0;车身表面压力不确定性较大的位置主要位于车体底部,其最大不确定度达到1.42;头车侧力系数的不确定度为0.002 6,而头车升力系数的不确定度为0.509 3.      

客运专线山区长隧道的乘客气压舒适度研究

在客运专线列车穿越山区长隧道时,乘客气压舒适度是提高运营质量必须考虑的问题.简化了车内压力方程,对不同密封指数不同速度的高速列车穿越山区长隧道时的多种工况进行了数值模拟.参考隧道内瞬变压力向车内传播的规律和相应的舒适度标准,对计算结果进行了详细分析.在着重研究了车内压力变化产生原因的基础上,进一步分析了车辆密封指数对车内气压舒适度的深刻影响,并提出提高舒适度等级的建议.     

高速列车隧道车内外压力变化的实车试验

基于350 km·h^-1中国标准动车组在大西高铁科学试验段的实车试验，结合压力保护阀工作状态，研究了列车通过试验段全程的车内外压力变化特征，分析了隧道长度、线路坡度、隧道群和列车速度对车内外压力变化的影响；针对EN 14067-5—2010中实车试验最大压力变化量的估算方法和TB/T 3250—2010中“整车车内可构成一个气压密封舱”的条文进行了实测数据验证，研究了整车气密效率的变化特征以及其与车内压力舒适性的关系。分析结果表明：EN 14067-5—2010中车外压力峰值计算方法得出的结果与实测数据存在较大差异，对其中列车和隧道壁面摩擦导致压力变化进行变量替代修正后的计算与实测差异明显减小；在压力保护阀关闭状态下，列车通过大坡度隧道后车内外长时间保持较大压力差；车厢内端门、风挡通过台门、司机室门的关闭几乎不存在气密性效果，整列车内贯通空间可视为一个气压密封舱；头车端和尾车端进入隧道引起的压力变化以及空气与列车和隧道壁面摩擦引起的压力变化与列车速度的平方成正比；整车气密效率随隧道长度的增大呈减小趋势，且其减小会带来车内人员耳部不适的问题。研究成果可为进一步认识高...     

列尾装置对重载列车纵向力的影响

根据气体流动理论与多刚体动力学原理,建立了带有列尾装置的列车空气制动系统与列车纵向动力学联合仿真模型,计算了制动系统中空气流动瞬态数值解,获得制动系统特性,同步计算了列车纵向冲动。2万吨组合列车计算结果表明：全制动时安装列尾装置使最大车钩力降低54％,列车纵向冲动明显降低;列尾装置减压量越大,车钩力降低越明显,目前列尾装置减压量固定为50kPa,应根据线路经常使用的减压量确定更合理的值;列尾装置排气速度对车钩力影响较小;列尾装置滞后时间对车钩力影响微小;使用机车替代列尾装置,在大减压量制动时,车钩力将明显得到改善,减压量越小,机车与列尾装置作用效果越接近,当机车减压50kPa制动时,列尾装置与机车作用相同。     

地铁列车空气制动系统仿真模型

分析了地铁列车空气制动系统工作原理与构成,研究了容性、阻性和感性单元三类基本气动元件建模原理,根据相似性原理,通过AMESim软件建立了地铁列车空气制动系统仿真模型,介绍了空重车阀、EP单元、中继阀等部件建模过程,并对仿真参数进行了分析.研究了常用制动、紧急制动和阶段制动工况下制动缸压力与Cv压力变化特性,并进行了试验台对比验证.分析结果表明:在常用、紧急制动时,Cv压力比制动缸压力响应快,最大延时不超过0.5s,稳定时两者压力相等;紧急制动时制动缸压力上升至定压的时间小于1.5s,常用制动时小于2.2s;阶段制动时制动缸压力与Cv压力跟随性较好.试验中制动稳定后Cv压力比制动缸压力高约15 kPa,由中继阀内部橡胶件阻尼作用引起,该误差不影响中断阀正常使用.     

高速列车作用在跨线天桥上风压力的数值模拟

列车风载是临近高速铁路建筑物设计和确定相关建筑限界必须考虑的重要问题,采用三维不可压缩势流模型和而元法,对高速列车通过时作用在跨线天桥表面上的气压动力进行了数值计算,结果表明,高速列车通过时一天桥表面受空气压力波的作用,压力系数的波动范围为－０．１３５～０．０９５,文中分析了跨线天桥上压力的分布的基本特征。     

高速列车车内中高频气动噪声计算方法

利用SST k-w湍流模型计算了高速列车的外部非定常流场,提取了车身表面的脉动压力；基于统计能量分析理论,建立了高速列车车内中高频气动噪声分析模型,确定了模型中各个子系统的参数,计算了由车外脉动压力诱发产生的车内气动噪声.计算结果表明:高速列车车头的脉动压力变化最剧烈；在中高频范围内,司机室和乘客室的声压级随着频率的增...     

地铁车空调风道及车室内气流组织数值仿真

以某厂地铁车厢头车为研究对象,结合计算流体力学软件——FLUENT对空调风道及车厢内部三维空间区域的空气流动和传热状况进行了数值分析,根据欧洲标准EN14750-1对空调通风设计方案进行了评估,计算中综合考虑了车体壁面传热、人体散热等多种传热过程.计算结果表明将空调机组下方的八个风道出风口去掉,地铁风道的出风口均匀性得到了有效地改善,风道出风口的平均速度最大差值由2.92 m/s变为2.23 m/s;条缝型送风口能够提供较好的空气品质;在车厢内定员226人的情况下,地铁车厢头车的空调通风系统满足了乘客热舒适性的要求.研究结果为地铁空调列车通风系统的合理设计提供了参考依据.     

高速磁浮列车气动阻力性能数值模拟与参数化评估

基于粘性流体力学理论,按三维可压缩粘性流对具有流线型头部形状的TR08列车以及通过变化流线型头部纵剖面高度或流线型头部长度设计出的4种新头型列车的周围流场进行了数值模拟。为评估不同流线型头部外形的气动阻力性能,定义了表示其形状特征的整体长细比作为评估依据,综合考虑了流线型头部水平投影形状和纵向对称面投影形状对气动阻力性能的影响。通过对5种不同头型列车的模拟结果进行对比分析,得出了流线型头部外形对气动阻力性能影响的规律:随着流线型头部长度增加,气动阻力降低,而中间车阻力变化不大;在头部流线型长度相当的情况下,纵剖面轮廓线上凸的头车气动阻力比下凹的小,而尾车气动阻力大。计算得到的不同流线型列车的整体长细比大小排序与其气动阻力系数排序完全一致。分析结果表明,增加流线型头部长度是减小气动阻力的有效途径;整体长细比能较好地反映流线型头部对列车气动阻力性能的影响。     

Pressure Distribution Characters of Flow Field around High-Speed Train

Based on incompressible viscous fluid Navier-Stokes equation and k-ε 2-equationsturbulent model, an investigation on 3D turbulent flow field around four kinds of train models has been made by finite element method. From the calculation, the pressure distribution characters of flow field around high-speed trains have been obtained. It is significant for strength design of the high-speed train body, for resisting wind design of the facilities beside the high-speed railways and for determining the aerodynamic force of induced air to the human body near the railways.     

基于半模型的高速列车远场气动噪声计算方法

随着高速列车运行速度的提高，其气动噪声问题逐渐凸显，如何准确快速预测高速列车的远场气动噪声成为关键.利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程，推导了考虑半模型时的远场声学积分公式，提出通过半模型的数值计算结果预测全模型高速列车远场气动噪声的方法；建立了全模型和半模型高速列车的气动噪声数值计算模型，应用改进延迟的分离涡模拟方法对不同模型高速列车表面的气动噪声源进行求解；通过风洞试验进行了全模型高速列车的数值仿真计算方法验证；对比分析了全模型和半模型高速列车周围的流场结构、气动噪声源和远场气动噪声特性.结果表明：半模型高速列车数值计算得到的列车周围流场结构、气动噪声源以及远场气动噪声特性与全模型的一致；采用半模型计算会过高估计列车尾车流线型区域表面压力的波动程度和噪声源的辐射强度，但通过半模型预测整车模型的远场噪声平均声压级误差小于1 dBA；相比于全模型高速列车，半模型计算时的网格总量减少一半.     

时速600 km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征, 采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型, 基于重叠网格法和有限体积法, 以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象, 建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型, 通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率, 得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性, 以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明: 初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成, 形成初期具有三维特性, 在隧道截面同一高度上, 靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大; 在隧道截面同一侧, 靠近车体一侧高度越低, 初始压缩波压力越大, 而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关; 当列车驶入隧道一定距离后, 在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同, 初始压缩波由三维波变成一维平面波; 在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时, 位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值; 列车速度越高, 初始压缩波压力峰值越大, 位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比, 压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。      

中国高速列车气动减阻优化综述

研究了中国高速列车气动减阻优化进展,总结了典型部件的压力分布特性与各部件在列车气动阻力中的贡献占比,评析了惰行试验、风洞试验与数值模拟3种列车气动阻力研究方法,论述了和谐号、复兴号等系列列车头型气动性能的差异,阐述了高速列车头型气动减阻优化方法与技术,梳理了转向架区域、车端连接处、受电弓及导流罩等局部不平顺区域的气动减阻措施,归纳了适用于高速列车的前沿减阻技术。研究结果表明:数值模拟和风洞试验各有优缺点,经过风洞试验有效验证的数值模拟是准确计算列车气动阻力的有效途径; 列车气动阻力中贡献占比的主要部件为头车、尾车、转向架、受电弓与车端连接处; 由于现有高速列车的高度流线化,头型优化较难实现大幅度的减阻,改善转向架区域裙板、设计全包外风挡与优化受电弓和导流罩外形是进一步减阻的有效措施; 减阻降噪、提升运行平稳性和舒适性等多目标优化是列车头型设计的发展趋势,通过直接寻优计算或者代理模型寻优计算能够提高优化效率与降低优化设计成本; 未来应重点研究高速列车的仿生表面微结构、吹吸气流动控制、等离子体减阻与涡流发生器减阻技术,实现中国高速列车的绿色、节能、高速化发展。      

磁浮列车明线交会横向振动分析

为了研究气动力对磁浮列车运行稳定性的影响,以上海磁浮列车为研究对象,采用动网格技术,通过求解三维可压缩非定常N—S方程对磁悬浮列车在相对速度860km／h交会时的气动力进行数值模拟;同时将车体、悬浮架作为弹性体,悬挂系统作为弹簧一阻尼单元,建立了详细的系统动力学模型,对考虑列车交会瞬态压力冲击作用下的高速磁浮列车进行了横向振动分析。计算结果表明,流场数值计算出的最大压力波幅值与实车试验结果两者差距小于6％;仅考虑轨道不平顺时,磁浮列车的横向振动较小,而在考虑磁浮列车高速运行时产生的交会压力波的情况下,车体却产生了较大的横向振动,底架最大横向加速度达1．5m／s^2,经过二系悬挂的缓冲作用后振动明显减小,悬浮架最大横向振动加速度约为0．7m／s^2。     

CRH3高速列车隧道压力波特性浅析

高速列车通过隧道会引起较大的车内外压力波动,带来乘客舒适性问题和车体较大的气动疲劳载荷.与常规速度的列车比较,隧道压力波是高速列车车体设计和通风系统设计中所必须要考虑的问题.基于已研制的一维可压缩非定常不等熵流动和广义黎曼变量特征线数值计算程序,给出了CRH3高速列车单车通过隧道和两列车隧道交会过程中隧道内压力波和车外压力波的形成过程,分析了同一编组上不同车厢车内外压力和压差的变化规律,以及8节车辆和16节车辆两种编组长度对车内外压力和压差的影响特征,得出了会车压力波变化比单车压力波变化更加剧烈,建议今后以隧道内会车工况为研究内容,研究车内外压力和压差的变化,确定最恶劣的会车工况和车内外压力和压差,为列车设计提供依据.