不同风向角下宽厚比为1∶4的矩形柱气动特性试验研究

基于刚性模型测压风洞试验,分析了0°～90°风向角范围内宽厚比为1∶4矩形柱的气动特性,得到了其风压系数、气动力系数和斯托罗哈数随风向角的变化规律。结果表明,平均阻力系数随着风向角的增大先减小后增大;平均升力系数的绝对值随着风向角的增大先增大后减小;平均扭矩系数分别在α为55°和85°时取得极小值和极大值。脉动气动力系数在α≤25°时整体较α>25°时大。斯托罗哈数在α为15°～35°和85°～90°时发生了突变现象。     

二维细长柱体气动力特性试验研究

为了研究包括圆柱体和正多边形的二维细长柱体的气动力特性,对具有5种不同表面粗糙度的圆柱体和4种正多边形(12、16、20、24)柱体进行了风洞模型测力试验。对于圆柱体,分析了雷诺数和表面粗糙度对其气动力特性影响规律;对于正多边形柱体,分析了雷诺数、风攻角以及正多边形边数对其气动力特性影响规律。结果表明:圆柱体表面粗糙度对气动力特性具有明显影响,随着粗糙度增大,阻力系数减小,雷诺数效应减弱;在特定风攻角下,各正多边形柱体气动力系数随雷诺数均变化不大;在试验雷诺数范围内,正多边形柱体的气动力系数随风攻角变化不大;就整体趋势而言,正多边形柱体随着边数增加平均阻力系数减小,平均升力系数增加。     

超高多肢斜拉桥桥塔气动力系数研究

针对某拟建大跨度山区超高(塔高328m)多肢斜拉桥,采用缩尺比为1∶225的刚性模型进行风洞测压试验,研究整塔与各分肢节段气动力系数随风偏角和风速的变化规律。结果表明:塔柱间干扰效应会引起气动力系数的雷诺数效应增强,阻力系数随雷诺数的增大缓慢增大,升力和扭矩系数变化复杂,会在某一定风偏角下随雷诺数呈类正弦函数关系变化;整体气动力系数受多肢干扰影响,阻力系数有所增大,而升力和扭矩系数减小;多肢干扰效应会明显增大气动力系数(最大可使局部肢柱阻力系数增大约2倍),进行整体和局部肢柱气动力分析时均应充分考虑;肢柱干扰效应导致阻力和升力系数的最不利风偏角一般位于截面整体外轮廓对角线与横桥向和顺桥向的夹角范围内,当肢柱间距较小时,其变化趋势同独柱节段,在0°风偏角时阻力系数最大。     

双层桁架桥上列车气动特性风洞试验研究

为研究双层桁架桥上列车位于主梁断面上、下层的气动特性,通过节段模型风洞试验对双层桁架主梁断面上列车进行测力、测压。以某大跨度公铁两用悬索桥和CRH2列车为背景,研究双层桁架主梁断面上列车在迎、背风侧时,列车位于上、下层时的三分力系数、平均风压系数以及脉动风压系数,并且分析风攻角对上、下层列车气动特性的影响。研究结果表明：1)上层列车的阻力系数要显著小于下层列车,当列车位于迎风侧时,下层列车的阻力系数可达到上层列车阻力系数的1.6倍,上、下层列车的力矩系数大小基本相同,但是上层列车的升力系数大于下层列车;上、下层列车的阻力系数随风攻角的增加逐渐减小并且两者的差值也逐渐减小。2)上层列车的迎风面、背风面的压差明显小于下层列车的情况,使得上层列车的总体阻力小于下层列车,并且上层列车的顶面、底面的压差要大于下层列车的情况,使得上层列车的总体升力大于下层列车;上层列车迎风面的平均风压随风攻角的增加而减小,下层列车则无明显变化。3)上层列车圆弧过渡段顶部和底部脉动风压系数小于下层列车,并且随着风攻角的增加,下层列车脉动风压系数减小,而上层列车无明显变化,风攻角对上层列车风压系数的脉动性影响较小。研...     

不同车流对桥梁静三分力及局部风压影响的风洞试验研究

在风-车-桥耦舍系统中,不同交通状态车辆将引起桥梁气动力和局部风压的变化。采用测压法测试了不同车流下桥梁断面三分力系数随攻角的变化情况,研究了不同车流下车辆对三分力系数以及局部风压的影响。研究结果表明：在堵车情况下车辆对桥梁断面三分力影响最大,车辆引起桥梁阻力系数和升力矩系数显著减小,使升力系数增大。在车桥耦舍风场作用下,桥梁顶面迎风侧压力值产生由正到负的剧烈幅值变化。     

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。     

高速铁路接触线气动力特性的风洞试验研究

对我国高速铁路接触线的2∶1比例尺模型进行风洞试验,测量接触线模型在不同紊流场中不同风速下受到的顺风向阻力、横风向升力和垂直方向扭矩,分析接触线模型的阻力系数、升力系数和扭矩系数随风攻角的变化规律,研究接触线模型的截面凹槽对其气动力特性的影响;运用邓哈托垂直振动理论,分析接触线模型的舞动稳定性.结果表明:在-45°和45°风攻角附近,由于风向与接触线模型截面凹槽的斜边接近垂直,使接触线模型受到的气动阻力明显升高;紊流场的增大会降低接触线的气动稳定性,二者呈非线性关系;在无覆冰情况下接触线模型受到的扭矩极小,接触线模型舞动主要是由横风向升力的变化引起;接触线舞动的临界风速与其自振圆频率和机械阻尼成正比.     

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。     

不同断面悬浮隧道绕流特性分析

为研究水中悬浮隧道在均匀流作用下的荷载分布规律,采用大涡模拟的数值方法计算5种不同断面形式悬浮隧道的绕流场,比较不同来流速度、宽高比、来流入射角对悬浮隧道升阻力系数和周围压力分布的影响。结果表明:随着来流速度增加,结构表面压强呈平方增长,钝角断面(六边形)升力系数略有增加,阻力系数略有减小,无钝角断面(椭圆形)升阻力系数均减小,变化幅值较小;随断面宽高比增加,矩形升阻力系数先减小后增加,椭圆升阻力系数均减小;随均匀流倾角增大,椭圆断面升力系数增加,阻力系数减小,周向压力分布不再对称于结构水平轴。     

北京南站雨棚结构平均风荷载特性试验研究

对北京南站雨棚结构模型进行风洞试验,研究了不同风向角下雨棚表面的最大正压力分布和最大负压力分布,同时分析了位于高湍流区域的大跨屋盖的平均风压分布特性。研究结果表明,负风压主要发生在迎风角区,但在下风向会出现正压力。     

考虑风向角影响的风-车-桥耦合振动研究

研究目的:气流流经列车时,由于大气来流、线下结构和地形条件等影响,列车所受风荷载不一定为横风情况(90°风向角)。针对不同风向角下,风荷载作用下的列车通过典型铁路桥梁的动力问题,本文以20跨32 m高速铁路简支梁桥为背景,对不同风向角下桥上列车的气动特性进行风洞试验研究,并通过建立的基于刚柔耦合法的风-车-桥系统模型进行动力响应分析。研究结论:(1)随着风向角的减小,车辆的阻力系数逐渐减小;(2)随着风向角的减小,车辆的轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数和横向加速度动力响应值呈减小趋势;竖向加速度无明显变化规律,但在风向角为90°时竖向加速度最大;(3)横风情况时车辆的各动力响应值最大,行车最为不利;(4)本研究成果可为考虑复杂来流情况的风-车-桥耦合振动分析提供参考。     

高位锁定形态栈桥的风荷载研究

针对中铁渤海铁路轮渡码头汽车栈桥的高位锁定形态,运用大型计算流体动力学软件CFX,数值模拟不同侧风条件下汽车栈桥的三维外流场,研究不同风速及不同风向角条件下高位锁定形态栈桥的风荷载.结果表明:在同一风速下,风向角对高位锁定形态下栈桥所受的风压极值影响较小;处于高位锁定形态的栈桥,在10～30 m·s-1风速下,风向角为45°时水平来流产生的合力最大,因此,应按照45°风向角时水平来流所产生的最大合力且考虑扭转力矩,进行汽车栈桥高位锁定形态下的设计计算;不同风向角时,高位锁定形态下栈桥所受横向风力、竖向风力、扭转力以及风压均随风速的增大而增大,且与风速的平方成正比,这与水平形态桥梁结构的规律相同.     

侧风下挡风墙对CRH2列车一简支梁桥气动性能的影响

以CRH2列车、京沪高铁上32m简支梁桥为研究对象,采用商业计算流体力学软件Fluent,基于三维、定常N—S方程和Realizablek-ε湍流模型,进行侧风作用下挡风墙对车桥系统气动性能影响的数值模拟计算。通过雷诺数、挡风墙等价透风率、挡风墙高度、透风率及风偏角的改变,对车桥气动性能进行研究。计算结果表明：雷诺数对列车气动性能有一定影响。挡风墙高度的增加会使作用于桥梁上的侧力和力矩系数增大,升力系数则变化不明显。在等价透风率挡风墙下栏杆数量多的挡风墙挡风效果优于栏杆数量少的挡风墙。挡风墙高度并非越高越好,而是有一个合理的高度范围。在同一高度挡风墙下,列车气动力系数随着透风率的增大而增大。风偏角对列车气动性能影响的规律基本一致。     

横风对受电弓各杆件气动特性的影响研究

建立受电弓-接触网-列车模型,通过雷诺时均方法研究了横风对受电弓各杆件气动特性的影响.通过改变横风风速、风向角,分析了受电弓的流线、表面压力和涡量等分布,探讨了受电弓各部件阻力系数、升力系数和侧向力系数,对比了各部件与受电弓总作用力系数的关系.研究表明:对于受电弓的滑板、上臂杆及下臂杆部分,其阻力、侧向力系数均随风向角...     

不同风场下高层建筑风压特性的风洞试验研究

在大气边界层风洞中模拟了B、C、D三类地貌的风场,对矩形和方形模型进行了风洞试验,分析了不同风场下矩形和方形模型的风压分布、顺风向脉动风压功率谱和风压空间相关性。结果表明:B、C、D三类风场下,平均风压系数逐步减小,脉动风压系数逐步增大,顺风向脉动风压功率谱峰值对应频率基本一致;顺风向脉动风压功率谱分布特征随高度变化不大;风压水平和竖向相关性随距离增加而减小;湍流度的增大使得迎风面水平和竖向风压相关性增大。     

大跨度钢网架双坡屋面结构分区风荷载风洞试验研究

通过某长宽比为5.1∶1的大跨度钢网架双坡屋面结构刚性模型风洞测压试验,得到了结构在不同风向角下的风荷载体型系数,研究了该结构体型系数分布规律、脉动风压系数分布规律以及结构内外表面风荷载分布规律,依据体型系数的不同对结构表面进行了分区,给出了各区域的代表值。结果表明:结构边缘一定宽度范围内,体型系数受流体分离影响较大,其余区域所受影响较小且随风向角变化不明显;结构迎风端脉动风压系数较大,其余区域较小;结构周边建筑对结构体型系数、脉动风压系数、内压系数分布等有一定影响,设计中应考虑周边建筑对结构风荷载的干扰效应。     

列车编成辆数对高速列车横风气动特性影响的数值分析

对3～8辆编组列车以350km· h-1速度运行时,不同速度横风作用下的气动特性进行仿真研究,并建立列车的阻力系数与列车编组辆数之间的无量纲关系.研究结果表明:对3辆车编组列车的气动特性分析不能取代对其他编成辆数列车的几动特性分析;不同编成辆数列车阻力系数随着横风风速的增加而增大,3辆车编组列车的阻力系数不超过8辆车编组的列车的一半;列车的侧向力系数和倾覆力矩系数随着列车编成辆数的增加而减小;列车编成辆数对头车的阻力系数、升力系数、侧向力系数和倾覆力矩系数影响较小,但是对尾车的影响较大;头车的侧向力系数和倾覆力矩系数明显高于尾车和中间车,尾车的倾覆力矩系数最大值不超过0.4,而头车的最大可达0.7;由于头车的气动安全性比其他位置车辆的低,用头车的气动安全性评估整个列车的气动安全性会偏于保守,但合理、可行.     

时速160公里城际列车气动性能研究

随着国内高速铁路网不断完善、城市内部和城际之间的轨道交通快速发展,城际列车设计速度逐年提高,达到160 km/h,其在运行过程中将面临一系列空气动力学问题。为分析160 km/h城际列车运行时的综合气动性能,利用STAR CCM+软件,采用三维雷诺时均Realizable k-ε湍流模型模拟城际列车的周围流场特性,应用重叠网格模拟列车穿越隧道的滑移运动,将原始头型、改进头型和车顶设备城际列车模型进行数值仿真分析,研究160 km/h城际列车明线运行和通过2种不同横截面积隧道时的流场特性和车体的受力情况,分析城际列车在不同工况下的气动性能。研究结果表明：适用于干线铁路160 km/h城际列车的头车气动阻力较大,通过改进头车的凹槽外形和空调导流斜面,可减少头车所受气动阻力,头车的阻力系数由0.397减小为0.349,降幅12%,整车减少8.26%。横风条件下,头车车身阻力系数随风向角的增大而减小,中间车和尾车的车体阻力系数随着风向角增大而增大,头车倾覆力矩系数最大,沿车身方向降低,尾车最小。城际列车以相同速度通过50 m²和80 m²隧道时,改进...     

风环境下的列车空气阻力特性研究

采用风洞试验方法研究大风环境下列车(由头车、中间车和尾车组成)空气阻力特性,得到风速、风向、列车速度与列车空气阻力之间的关系式.研究结果表明:顺风使列车空气阻力骤降,相当于大风对列车产生非常大的助推力;逆风使列车空气阻力增加,相当于大风对列车产生附加空气阻力.列车空气阻力随小角度风向角的增加而迅速增大,此时,头车空气阻力系数与风向角或风车速比均呈二次方关系增加,而中间车和尾车的空气阻力系数与风向角或风车速比均呈三次方关系增加;当风向角达到一定值时,列车运行速度、风速、风向耦合作用使列车空气阻力达到最大值,此后,列车空气阻力不仅不再随风向角的增加而增大,还有可能随其增加而降低.     

城际动车组气动阻力优化的风洞试验研究

采用风洞试验方法对城际动车组气动阻力优化进行研究,获得不同侧滑角下的城际列车明线及横风气动阻力,并分析头部外形、风挡结构、车底设备对动车组气动阻力的影响规律。研究结果表明:侧偏角在0°～10°范围内,随着侧滑角增加,头车阻力系数逐渐增大,中间车阻力系数先增大后减小;尾车阻力系数对于侧滑角最敏感,头车次之,中间车最小。无横风时,设置外风挡显著减小了头车及尾车阻力系数,但导致中间车阻力系数增加约16.7%,整车阻力系数仅减小4%左右。安装设备舱后,车体底部杂乱的气流变得平顺,无横风时整车气动阻力系数较减小22%,而横风环境下整车气动阻力系数降幅可达25%。