倒梯形桁架桥断面气动参数研究

采用计算流体力学(CFD)和风洞试验相结合的方法,对某倒梯形桁架主梁断面二维等效模型和气动导纳函数进行研究。首先依据外轮廓和实面积比不变的原则,建立斜腹杆位置不同的二维模型,识别其静力三分力系数并与风洞试验结果对比,得到二维等效模型。随后基于二维SST k-ω湍流模型和2D LES模拟,对二维等效模型分别进行气动导纳数值识别,识别结果与风洞试验对比研究。结果表明:无论是基于RANS的SST湍流模型还是2D LES模拟,二维等效模型气动导纳识别结果均与Sears函数较为接近,而SST k-ω模型气动仿真结果与风洞试验吻合良好;采用文章所用模型简化和数值识别方法,可对桁梁的气动参数进行有效识别。     

阵风场中桥上列车升力气动导纳数值模拟及应用研究

针对阵风场中列车中车二维升力气动导纳展开研究。基于数值模拟的方法,首先验证平板升力气动导纳模拟结果的可靠性,其次对单独列车截面的升力气动导纳及绕流特性进行分析,并与桁架梁、流线型钢箱梁上列车升力气动导纳进行对比。研究结果表明:平板升力气动导纳数值结果与解析解吻合较好,数值识别方法可靠。桥梁主梁上列车升力气动导纳比单独列车升力的气动导纳值偏小,比Sears函数略偏大;当折减频率小于0.01时,流线型钢箱梁上列车升力气动导纳略大于桁架梁上列车气动导纳值。     

抖振反应谱理论在列车抖振分析中的应用

以随机振动理论为基础,对Scanlan基于桥梁的颤抖振分析理论加以气动导纳函数修正应用于列车抖振分析中。提出了列车抖振反应谱理论与计算方法。水平风谱引用Simiu经验公式,竖向风谱引用Panofsky-McCormick竖向风谱经验公式,气动导纳函数选用Vickery的圆柱截面和棱柱截面的近似公式,计算出了车体和转向架的一阶升沉、横移和侧滚的抖振反应谱。结果表明:随风速增大,抖振反应增长迅猛,随风速线性增大,列车抖振反应呈指数增长,该结果符合动力学特征;转向架的抖振反应比车体的抖振反应大很多,无论是升沉、横移和侧滚均大出一个数量级以上。     

复杂深埋地下高铁车站站台及通道空气动力学效应模拟及设计对策选定

针对京张高铁新八达岭隧道及地下车站的设计方案,采用数值计算软件,模拟地下车站屏蔽门和安全门两种模式下站台的最大风速、最大瞬变压力、压缩波峰值、人行通道最大风速等空气动力学效应进行计算分析。结果表明:无站台门时,车站中部会车使站内气动效应最不利,压力最大峰值可达508 Pa;设置屏蔽门时车站越行线位置的气动效应恶化,高速过站时在屏蔽门上产生的气动压力最大达到937 Pa,屏蔽门门口位置的最大风速值可达9.88 m/s;设置安全门时,到发线越行对站台风压作用小,站台风速低于5 m/s,站内人行通道风速可达7.5 m/s。八达岭地下车站采用安全门模式,站台风压和站内风速均可控制在安全范围内。     

叶片式导风屏障挡风性能优化研究

本文以某钢桁梁斜拉桥为原型,采用数值模拟方法研究一种叶片式导风屏障对横风环境下列车周围流场、列车气动性能、桥梁气动性能的影响.结果表明:(1)叶片式导风屏障改变了桥梁内部的风场环境,减小了列车周围风速,风速最少减小20％;(2)高度为3 m时,列车周围的风速最低,列车三分力系数最优;(3)透风率为20％～25％时,列车...     

横向紊流风作用下桁架梁上列车气动特性的试验研究

在风洞试验室建立2种大气紊流场,并以某钢桁梁和1列高速列车为例建立1∶29.7的车桥节段模型,进行横向紊流风作用下桁架梁上列车气动特性的试验。采用同步测压法得到静止列车上的气动力分布,研究列车在不同位置、不同风攻角以及不同紊流场下的侧向力系数和气动导纳函数。结果表明:两车交汇时位于迎风侧列车的侧向力系数最大,列车单车位于背风侧时的侧向力系数相对最小,在-3°风攻角时的列车侧向力系数比+3°风攻角时大,紊流场对列车的侧向力系数有一定的影响,高紊流场中的列车侧向力系数相对更大;列车位于迎风侧(单车迎风侧和双车迎风侧)时,其侧向力气动导纳相对较小,而升力气动导纳相对较大;当折减频率小于0.1时,列车侧向力气动导纳在+3°风攻角时最大,升力气动导纳在-3°风攻角时最大;紊流积分尺度越大,列车气动导纳相对越大。在对试验影响因素总结的基础上,提出列车侧向力和升力的气动导纳函数拟合公式。     

不同入口边界条件对建筑群污染物扩散影响的数值研究

合理的入口边界条件是建筑群污染物浓度正确数值模拟的前提,为分析入口边界对污染物浓度扩散的影响,以谐波合成法理论为基础,通过编制程序实现对商业软件Fluent的二次开发,生成满足目标风场流动特性的脉动入口边界,并用风洞试验数据验证所提方法的正确性,然后将生成的脉动风速和常规的平均风速分别作为大涡模拟的入口边界条件,考虑不同风速大小和风剖面形式的影响后,利用组分输运模型,对建筑群内污染物浓度进行分析,得到不同入口边界条件作用下建筑群污染物浓度的分布规律。     

宽体式扁平钢箱梁颤振特性分析

以重庆寸滩长江大桥(250+880+250)m主桥为工程背景,结合数值模拟和风洞试验2种方法对宽体式扁平钢箱梁的颤振特性进行研究。通过主梁节段模型风洞试验,测定该模型在成桥态和施工态的颤振临界风速,并采用自由振动法对模型的颤振导数进行识别;使用FLUENT软件计算主梁模型的颤振导数,并由Scanlan提出的计算方法获得其颤振临界风速。结果表明:主梁上附属结构对主梁的颤振稳定性产生不利作用,因此在设计时应慎重考虑附属结构的设置;桥梁颤振临界风速可通过数值模拟方法进行预估,并可运用于桥梁的初步设计;由数值模拟方法计算求得模型的颤振导数,与扭转相关的精度远高于与竖弯相关的精度。     

多方位风向角下动车组运行安全性研究

为研究不同风向角下高速动车组的动力学性能，利用多体车辆动力学研究方法，对不同风向角下的某型动车组的车辆运行安全性进行仿真模拟分析。把气动载荷处理为时间函数，将其输入多体动力学软件，对动车组在风载作用下的动力学性能进行仿真分析。利用8节连挂动车组模型，分别分析各辆车在不同风向角下的运行安全性。分析发现：头车受风载的影响最为明显，在风速20 m/s、车速300 km/h下的工况相较于在风速25 m/s、车速200 km/h下的工况对列车运行安全性影响大。其中在风速20 m/s、车速300 km/h下的工况105°风向角的风载对列车运行安全性影响最大。     

横风作用下列车抖振力气动导纳风洞试验研究

目前,下承式钢桁梁在高速铁路大跨度桥梁中的应用越来越广泛,但因其列车在横风作用下与主梁之间气动干扰较大,现有列车气动导纳结果并不适用.为了研究车桥不同组合方式和紊流特征参数对列车气动导纳的影响,以一座典型大跨度下承式四线钢桁斜拉桥为研究背景,利用车桥测力、测压以及脉动风速同步测量系统,在3类格栅紊流场内对车桥耦合工况进...     

索梁结构应急桥抖振响应分析

针对新型索梁结构应急桥结构刚度小、质量轻的特点,开展脉动风荷载作用下应急桥的抖振响应研究。利用ANSYS软件建立桥梁结构模型,分析其动力特性。采用谐波合成法模拟脉动风场,基于准定常抖振分析模型计算了主梁节点的静风力、抖振力。运用APDL编制程序分析轻型索梁结构应急桥的抖振响应,分析气动导纳函数和自激气动力对桥梁结构抖振响应的影响,并对提出的斜拉索抗风缆方案进行抖振响应计算。计算结果表明:索梁结构应急桥抖振横向位移远大于竖向位移,说明结构侧向刚度较弱;跨中主缆应力对风速变化更为敏感,而吊杆应力波动较小;索梁结构应急桥跨中横向位移主要受主梁正对称侧弯振型的影响;竖向位移主要受主梁一阶正对称竖弯振型的影响;扭转角主要受主梁一阶正对称扭转振型的影响;不考虑气动导纳函数会使索梁结构应急桥抖振响应计算结果偏大,气动自激力对结构抖振响应影响较小。与原方案相比,斜拉索抗风缆方案能够极大地降低横向抖振位移,对竖向位移和扭转角影响较小。     

双层动车复合式冷却系统散热与噪声控制的优化研究

高速双层动车由于其内部空间紧凑以及元件的高功率化,冷却系统存在整体散热性能较差、噪声污染严重的问题。为此,通过冷却系统空气流场的数值模拟与试验研究,对其散热性能和噪声控制进行了优化。参照常用的冷却系统空气流道结构,基于双层动车复合式冷却系统的技术参数要求,对其尺寸进行了初步设计计算。分别采用多孔介质模型和多参考系(MRF)对复合式冷却系统换热器的芯体结构与旋风过滤器进行简化,并对其空气侧流场进行数值模拟。研究结果表明：风机入口处存在局部涡流,导致流体进入通风机的角度混乱,影响风机有效做功,在工作环境下系统风量(2.96 m3/s)远小于设计值(3.35 m3/s);同时局部涡流产生较大的气动噪声。此外,换热器入口的风速分布不均匀,导致系统冷却能力不足。针对上述问题,对空气流道结构进行了优化。调整了进、出口消声器的3个流道的流通面积,并在过渡段设置“喇叭型”导流结构来改善换热器进口处风速的均匀性;在冷却系统进、出口增加弧线型消声器能进一步降低噪声。结果表明：空气流道结构优化后水侧散热功率从33.18 kW增加到41.55 kW,油侧散热功率从157.82 kW增加到173.82 kW,系...     

京张高铁八达岭隧道及地下站活塞风效应研究

为分析高铁隧道及地下车站活塞风效应,采用经三维CFD数值模拟验证后的一维数值模拟计算方法,建立京张高铁八达岭隧道及半高安全门地下车站通风网络模型,计算不同工况下进出站人行通道风速,并评估通道内人员安全性。结果表明:一维数值模拟方法能准确预测咽喉区气流分布及通道风速;列车正常运营产生的活塞风直接影响站内气流,进出站人行通道内风速最高可达8.3 m/s;风速最大负值出现在两个区间分别有列车往隧道外以最大速度行驶时,风速最大正值出现在两个区间分别有列车以最大速度进站并在车站附近会车时;单车越行和两车会车时,通道内最高风速分别可达4.6 m/s和7.6 m/s;通过人员安全性分析,得到本模拟计算的通道内最大风速8.3 m/s在安全范围内,只是部分人员感觉不舒适。研究结果可用于高铁地下站通风系统的安全和舒适设计。     

高速铁路连续梁桥三分力系数的数值模拟分析

连续梁桥是高速铁路上的一种典型桥梁,利用计算流体力学软件对其不同截面在不同工况下的静气动性能进行了数值模拟,研究了平均风速、风攻角、宽高比以及桥上列车分布状况分别对桥梁截面三分力系数的影响.研究结果表明:风速和风攻角对桥梁的静气动性能影响显著；梁高的增大使桥梁处于不利的风荷载作用下；在桥上有列车状态下桥梁的静气动性能不如无车时稳定.     

基于CFD的大跨度邻近桥梁气动干扰效应分析

为研究大跨度邻近桥梁的气动干扰效应,本文以2座大跨度桥梁为对象,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟研究不同间距比和风攻角下气动干扰效应对静力三分力系数的影响,以及不同间距比和折算风速对颤振导数的影响。结果表明:上游桥梁三分力系数及下游桥梁力矩系数对气动干扰效应不敏感;气动干扰效应对下游桥梁的阻力系数和升力系数的影响与间距比和风攻角有关;下游桥梁颤振导数受气动干扰效应影响大,随间距比与折算风速的变化表现出不同的规律。     

室内空调系统风速精准控制

随着我国居民生活水平的提高,人们在生活、工作空调环境舒适性方面的要求也随之提高。如何有效精准控制空调房间内气流的速度分布,给人们提供一个舒适的工作、居住或康复环境显得尤为重要。以某医院重点工程项目为研究对象,针对其病房室内风速需精确控制到0.2 m/s以下的要求,在标准病房内设置了20个测点进行室内风速测量,并利用TECPLOT软件进行了空调速度场数值模拟。基于对测量和模拟的结果的分析,提出了改变送回风方式、改变风口类型、增设电动两通调节阀、增设静压箱和改变送风部位装修造型共5种改进风速分布的方案。现场测量结果以及数值模拟结果均表明,这5种方案可改进气流组织,达到精确控制风速的目的,实测风速值与设计值正偏差小于10%。     

强侧风环境下CRH1型高速列车气动性能研究

基于三维、定常、不可压缩N-S方程及k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟计算方法分别对高速列车CRH1在不同侧风风速、不同风向角工况下的气动性能进行模拟。研究结果表明：对于不同横风风速,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着横风风速的增大而增大,但其对应的气动力系数基本保持不变;对于不同风向角,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着风向角的增大而增大,风向角为75°时,气动力增长率变缓,对应的气动力系数变化与之一致。     

火灾工况下地铁开式通风系统侧置喷嘴的结构优化研究

主要针对火灾工况下地铁开式通风系统侧置喷嘴送风的两种不同结构形式进行研究。采用Fluent数值模拟方法,使用标准k-模型,对建立的隧道火灾工况模型进行数值计算,得出了两种喷嘴结构形式对火灾工况下隧道通风的影响。结果表明,两种侧置喷嘴结构形式均大于临界风速2.1m/s,可以满足火灾工况下的隧道通风要求,但是方案二风机所需风压偏大,经济性较差,本文推荐采用方案一的喷嘴结构形式。     

风沙环境下列车气动性能的研究

采用数值计算方法分别对在同一车速下相同风速、不同浓度、不同颗粒直径的风沙对动车组列车气动性能的影响,以及同风沙浓度、同风沙颗粒直径下,风速不同对列车气动性能的影响。结果表明在风速和风沙颗粒直径不变的情况下,沙粒颗粒浓度的增加和颗粒直径的增大都导致了列车整体的气动阻力的增大,但影响不大。在风沙颗粒浓度以及风沙颗粒直径不变的情况下,风速的增加使得风沙颗粒对列车整体的气动阻力有明显的增大。     

考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化方法

以某预留400 km·h^-1速度条件的高速铁路为研究背景，基于代理模型和优化思想，从系统设计层面提出考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化方法。首先，采用流体力学软件建立隧道气动效应数值模型，并基于列车以300 km·h^-1速度通过隧道的实测数据，验证数值模型的有效性；然后，以隧道净空面积和车辆动态密封指数为变量，依托既有350 km·h^-1高速铁路数据，构建列车以400 km·h^-1速度通过隧道时车内气压变化3 s极值的Kriging代理模型；最后，以建造成本为目标函数，构建考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化模型，设计布谷鸟搜索算法，求解满足舒适度标准的最优隧道净空面积和车辆动态密封指数。结果表明：代理模型预测的相对均方根误差为0.59%、相关系数为0.999 9，能够精确描述车内气压变化3 s极值与车辆动态密封指数、隧道净空面积的非线性关系；对于400 km·h^-1高速铁路，建设成本最小时隧道净空面积为100 m²、车辆动态密封指数为1...