特长公路隧道通风竖井马头门区域优化分析研究

本文对公路隧道纵向排送通风方式中竖井马头门区域进行通风优化分析。分析表明,传统通风设计中将之等同于等断面90°均匀拐弯进行取值的方法存在较大误差,应引起隧道通风工程界的重视。研究表明,对马头门区域应同时采取结构优化和加设导流板的辅助措施;导流板数目并不是设置越多越好,设置过多的导流板对通风断面形成阻滞反而加大了风阻损失。只有设置合理数目的导流板,才能有效减少风阻。相关研究结论可供公路隧道通风设计计算参考。     

公路隧道竖井马头门区域通风优化分析

对公路隧道纵向排送通风方式中竖井马头门区域进行通风优化分析。分析表明,传统的通风设计中将之等同于等断面90°均匀拐弯进行取值的方法存在较大误差,应引起隧道通风工程界的重视。研究表明对马头门区域应同时采取结构优化和加设导流板的辅助措施;导流板数目并不是设置越多越好,设置过多的导流板对通风断面形成阻滞反而加大了风阻损失。只有设置合理数目的导流板,才能有效减少风阻。相关研究结论可供公路隧道通风设计计算参考。     

分体式箱型主梁抗风性能与气动外形优化研究

以某中承式钢拱桥为依托工程,针对分体式箱型主梁的抗风性能与气动外形进行优化研究.基于流体计算软件(CFD),计算主梁截面在-6°、-3°、0°、3°和6°风攻角下的阻力系数;同时,为改善主梁截面的气动外形,研究增加0.1H～0.25H的中央上稳定板、下稳定板、导流板和不同方案组合下主梁的抗风性能,结果表明:在-6°～3°风攻角范围内,随着中央上稳定板高度的增加,主梁截面的阻力系数随之增加;在3°～6°风攻角范围内,随着中央稳定高度的增加,主梁的阻力系数开始减小;在-6°～6°风攻角下,增设不同高度的下稳定板后,主梁阻力系数的变化趋势基本一致;同时,随着下稳定板高度的增加,主梁的阻力系数随之增加;增设导流板后主梁的阻力系数减小4.63％～19.75％;同时增设中央上稳定板和下稳定板不能有效降低主梁的阻力系数;同时增设导流板和上稳定板,主梁的阻力系数减小3.17％～88.59％;同时增设导流板和下稳定板,主梁的阻力系数减小2.64％～74.23％.     

厢式货车气动减阻装置的减阻效果研究

为降低某厢式货车的气动阻力系数,设计了不同形状的仿生导流罩、尾部减阻装置和仿生非光滑表面结构,分析不同单一减阻装置对整车风阻系数的影响,详细探讨了不同单一减阻装置的减阻机理。最后研究了不同单一减阻装置同时加装在同一货车模型的综合减阻效果。结果表明:仿生导流罩的减阻效果要好于传统导流罩,随着导流罩侧裙延伸长度的增加,货车整车阻力系数逐渐变小。当底部导流板倾角θ=45°时模型的阻力系数获得最小值。基于生物表面仿生减阻理论在货车侧面布置半球面凹坑和半椭球面凹坑均具有较好的减阻效果。复合减阻装置货车模型的最大减阻率达22.7%。     

重型牵引列车尾流结构特性分析

对某重型牵引列车进行瞬态外流场仿真分析,得出车厢尾部阻力与整车阻力的占比为23.6%。重点分析了尾部流场中涡的空间结构和瞬态特性,阐述了总压系数等于0的作用和尾部阻力形成机理。在尾流分析的基础上进一步提出尾部加导流板的减阻措施,并验证其有效性,整车减阻3.7%。通过尾部涡流的速度、压力、能量损失分析,初步得出牵引列车队列行驶的显著减阻距离并预测了减阻效果,对牵引列车智能行驶控制策略的制定具有指导作用。     

前保险杠导流板迎风角度对轻型客车风阻的影响

为降低轻型客车在行驶中的空气阻力以达到汽车节能的目的,本文研究了前保险杠导流板迎风角度对整车风阻的影响。针对原型车和加装了迎风角度为35°～90°导流板的整车进行了计算流体力学（CFD）分析。结果表明,在前保险杠处加装不同迎风角度的导流板均具有降阻效果,其中迎风角度为45°时风阻系数最小。同时进行了整车风洞试验,结果表明,在80～120 km/h的风速下,加装迎风角度为45°的导流板使风阻系数在进气格栅开放和封闭两种条件下分别下降0.2%～0.5%和3.3%～3.9%。     

公路隧道双洞互补式通风系统横通道角度研究

依托某公路隧道研究通风横通道角度对双洞互补式通风系统的影响。通过数值模拟,分析不同角度工况下分流3通与汇流3通因阻力损失不同而引起的送风量差别,提出联络风道中汇流3通因阻力损失是确定横通道角度的关键。计算表明,在通风风速较大时,随横通道角度的减小,汇流3通段阻力损失会急剧变大;横通道角度为60°时,有利于通风网络的气流组织。     

制砂系统惯性除尘器回收率的影响因素

为了研究在不同工况下回收过滤器导流板、气流导向板等内部结构对细砂回收率的影响,基于建立的回收过滤器流动数学模型,采用流体仿真软件对回收过滤器模型进行模拟分析。结果表明:回收过滤器在工况4下的回收率最高;气流导向板E由水平逆时针朝下调整45°的过程中,颗粒回收率显著增加;气流导向板D由竖直逆时针调整朝上45°的过程中,颗粒回收率稍微增加;若导流板伸入量增加,则颗粒回收率稍微增加。     

深水桥梁矩形围堰水流荷载的分流板抑制方法

围堰是深水桥梁建设顺利开展的重要平台和前提，在其节段施工中动水荷载是影响钢围堰精确定位、下沉及着床的关键因素。为减小水流作用下的钢围堰动水荷载，针对矩形围堰提出一种在尾端增加一定长度分流板的抑制方法。首先采用计算流体力学(CFD)方法基于开源分析平台OpenFOAM建立钢围堰的二维简化模型，引入修正的k-ε湍流模型用以闭合求解钢围堰超高雷诺数效应下的N-S方程，通过方形截面和矩形截面柱验证所提方法的准确性；然后针对足尺钢围堰模型分流板的设置对于钢围堰动水阻力和横向摆动力的影响进行分析，明确不同分流板长度以及前/后端分流板对动水荷载的抑制作用，提出优化可行的分流板设置方案。研究结果表明：在高雷诺数条件下标准的k-ε模型不能准确捕捉方形及矩形钝体的涡旋脱落过程，会严重低估动水荷载，采用修正的k-ε模型可准确模拟矩形钝体的绕流特性，与试验值吻合良好，可用于钢围堰的计算分析；矩形钢围堰采用圆角设置可有效减小动水阻力和横向摆动力，横向摆动频率提高；在钢围堰后端增加中央分流板可显著降低动水阻力和横向摆动力，当分流板长度在1/10钢围堰纵边长时，抑制效率最高；分流板长度超过钢围堰纵边长的75%时，尾...     

尺寸效应对节理化岩体硐室开挖稳定性的影响分析

为了研究不同开挖尺寸和围岩节理组倾角对隧道开挖变形稳定的影响,应用UDEC程序,通过一些假设,设定计算域内包含有水平垂直节理组(0°-90°)和倾斜节理组(45°-135°)2种计算情况,对硐室不同开挖尺寸下围岩的变形稳定情况进行数值模拟。结果表明:1)水平垂直节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后呈指数形式急剧增加且失稳,围岩失稳表现为贯穿地表的拱部上方岩体整体塌落;2)倾斜节理组岩体中围岩变形随硐室开挖尺寸增大先缓慢增加,后急剧增大且失稳,围岩失稳表现为拱部围岩局部塌落;3)倾斜节理组岩体中硐室开挖后变形比相应水平垂直节理组的要大。     

排气早开角对低散热Atkinson循环汽油机能量分配的影响

基于GT-Power软件建立某增压汽油机仿真模型,并通过试验验证模型的准确性。优化原模型配气机构,设计包角更大的进气凸轮以实现Atkinson循环,设计多组排气凸轮以得到20°~80°范围内的多个排气早开角(θ_(EVO)),改变传热模型实现缸内的低散热条件,模拟分析了1 500 r/min,40%负荷时,θ_(EVO)对低散热前后Atkinson循环增压汽油机能量分配的影响。结果表明:常规散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为60°~70°范围内时较佳,而低散热条件下,该汽油机的燃油经济性在θ_(EVO)为50°~60°范围内时较佳;降低传热系数后,该汽油机散热损失的能量大幅减少,由此减少的能量在不同θ_(EVO)下转化为指示功的比例不同,θ_(EVO)为55°时转化比例为17.4%,此时指示热效率与原机相比提高了6.58%;而常规散热条件下Atkinson循环增压汽油机的指示热效率只比原机高3.79%,说明结合低散热技术能进一步增强Atkinson循环的节能效果。     

开孔开槽交通标志板风荷载风洞试验

为了研究局部开孔或开槽等措施对减小交通标志板风荷载的影响效果,设计了可以实现多种开孔开槽方式的标志板试验模型。通过刚性模型测压风洞试验,得到16种不同开孔、开槽方式下的非均匀开孔板表面风压数据,获得不同工况下板表面的平均风压分布特性,分析单排孔位置、单列孔位置、多排多列孔位置及单槽双槽等因素对交通标志板表面平均风压分布、阻力系数和扭矩系数的影响规律,进一步分析各工况下板平均阻力系数随孔隙率的变化规律,以及扭矩系数随风向角的变化规律。研究结果表明:风向角为0°～45°时,板的阻力系数变化很小,风向角为45°～90°时,板的阻力系数呈线性减小;0°风向角下,开孔或开槽板迎风面风压系数基本不变,背风面孔或槽附近平均风压系数幅值增大;当孔隙率小于5%时,板阻力系数对孔隙率、孔位置和开槽数量均不敏感,标志板风荷载减少的主要原因在于受风净面积的减少;孔隙率较大时,减小板阻力系数的效果相对明显;给出了非均匀开孔情况下,板阻力系数与孔隙率的建议公式;板在45°斜风向下产生最大扭矩系数,开孔或开槽都能够显著减小斜风向下绕板竖向中心轴和边缘竖轴的平均扭矩系数,其中45°风向角时影响更为显著;孔隙率较大时,扭矩系数减小效应更为显著。     

带加劲肋的圆端形夹层板桥墩防撞套箱受力分析

带圆端头的桥墩是常见的桥墩形式之一,为探讨该种圆端形桥墩在采用夹层板防撞套箱时内部设置不同形式和数量加劲肋对防撞性能的影响,采用数值计算法,通过静力等效的荷载作用方式,对分别设置不同数量的水平加劲肋和竖向加劲肋的夹层板防撞箱内、外层钢板在最不利正撞时的应力和变形进行了对比分析。结果表明:设置水平加劲肋和竖向加劲肋均能有效减小防撞箱撞击点处夹层板的应力,但对内、外层钢板的应力减小程度不相同,对同一位置不同方向的应力减小程度也不相同;设置竖向加劲肋能有效减小防撞套箱撞击点处夹层板外层钢板的竖向和横向(水平向)应力,但对内层钢板只有效减小竖向应力;水平加劲肋只有效减小防撞套箱撞击点处夹层板外层钢板的竖向应力和内层钢板的横向应力,其他应力不明显;竖向加劲肋对撞击点处夹层板外层钢板的两个方向应力减少程度大于水平加劲肋的减少程度,而对内层钢板而言,水平加劲肋对撞击点处横向应力的减少程度大于竖向应力的减少程度;设置过多数量的水平加劲肋或竖向加劲肋对改善防撞箱受力和变形不明显,反而增加自重及成本,但由于现实中碰撞点是随机的,必须设置一定密度的加劲肋,特别是竖向加劲肋,而水平加劲肋不宜多设。     

沉井侧壁摩阻力分布特性试验研究

为了准确分析沉井侧壁摩阻力的大小及分布规律,分别制作直壁式井壁、阶梯式井壁局部模型开展离心模型试验,分析沉井侧壁摩阻力的分布形式,讨论阶梯式井壁侧壁摩阻力的时间效应,并根据试验结果提出沉井侧壁摩阻力的计算模型。结果表明:直壁式井壁的侧壁摩阻力随入土深度的增加呈先增大后减小的近似抛物线分布,阶梯式井壁阶梯以上及阶梯以下靠近阶梯处的侧壁摩阻力比直壁式井壁显著减小且最大值出现位置下移;阶梯导致的侧壁摩阻力折减效果随着时间的增加逐渐减弱;阶梯式沉井下沉计算时,应根据下沉时间选取不同的侧壁摩阻力折减系数;采用分段函数对沉井侧壁摩阻力进行描述,计算值与试验值吻合较好。     

钢箱梁横隔板-U肋交接处割焊残余应力分析

为研究钢箱梁正交异性桥面板横隔板与U肋交接处的残余应力分布规律,采用Abaqus有限元软件模拟横隔板的热切割和焊接过程,分析横隔板与U肋交接处热残余应力的分布特征,探讨切割速度和焊接速度对横隔板弧形切口处残余应力的影响。结果表明:横隔板弧形切口处产生切向残余拉应力,其值超过钢材屈服强度;焊接在横隔板与U肋焊接区局部范围引起沿焊缝方向的残余拉应力,且焊缝尾端的应力集中更为明显;弧形切口残余应力区宽度随切割速度的增加而减小,残余拉应力随焊接速度的增加而增大;选用较快的横隔板切割速度和较慢的焊接速度可减小弧形切口处残余应力分布宽度和应力值。     

倾斜塔柱新浇混凝土模板侧压力试验研究

为研究不同角度倾斜塔柱新浇混凝土模板的侧压力分布,制作了3个倾角分别为45°、60°和75°的正方形截面(侧面相当于90°)钢筋混凝土倾斜塔柱试件,采用土压力盒测试混凝土浇筑及之后模板侧压力的分布及随时间的变化规律。结果显示:随着浇筑高度增大,模板侧压力增加;从浇筑完成到混凝土初凝的时间段内,模板侧压力减小;初凝之后,混凝土由半固态向固态转变,由于水化热反应温度升高出现膨胀,导致模板侧压力再度增加。随着模板倾角的增大模板侧压力增大,说明倾斜塔柱的模板侧压力的计算同垂直塔柱不同,现行的规范及计算公式不适用于倾斜塔柱模板侧压力的计算。温度升高引起的模板侧压力远大于浇筑时有效压头引起的侧压力,施工中应采取有效的降温措施以减小膨胀引起的侧压力。在测试数据分析的基础上,对现有倾斜塔柱模板侧压力的计算公式提出了修正建议。     

发动机舱的冷却气流仿真与散热的改善

为降低冷却阻力,对原车机舱气流进行了数值仿真,基于仿真结果,从改变冷却气流方向、降低气流经过前端部件的能量损失和提高散热器性能3个角度提出了不同的方案,进行风洞试验验证,结果表明,加装前端隔板后散热器进气量增加15%,而冷却阻力降低5 counts。对于机舱内部散热问题,通过仿真与试验结合的方法,采取多种措施(如在方向机后加装挡板引导气流加强其局部流动,风扇后加装导风罩进行热气流疏导,发动机进气口加装导流装置,以提供额外的冷却气流),结果方向机变速器悬置的散热得到改善,而前端的冷却气流不受影响。     

米勒循环和低压EGR对混动专用发动机性能影响的研究

基于一台奥托循环增压发动机,通过采用高压缩比、进气门早关型线和高滚流进气道,再引入低压EGR,将其改造为混动专用发动机。通过试验研究米勒循环和低压EGR对混动专用发动机燃烧特性和经济性的影响。研究结果表明,在3200r/min的不同负荷工况点,与奥托循环相比,米勒循环点火提前角增大,且随负荷的增加,点火提前角的增幅先增加后减小;CA50减小至8°左右,燃烧持续期增大,排气温度增加;泵气损失减小,且随负荷的增加,降幅先增加后减小;米勒循环泵气损失的降低和CA50的减小使燃油消耗率降低了6.8%～11%,且将高效区域拓宽至全运行区的60%。在米勒循环发动机高效区工况引入低压EGR,随EGR率的增大,点火提前,CA50减小,燃烧持续期延长;EGR抑制爆震的作用使燃烧改善效果明显,在中负荷和大负荷工况获得的燃油消耗率最大降幅分别为5.6%和15.9%。     

送风口处支护结构受力分析及断面型式研究

对于送风口处支护内力分析及断面形式等方面的研究,现行规范及学者研究得较少,现通过对通风风道在不同矢跨比的工况下支护结构受力状态及断面形式的分析研究,得出了通过在通风通道与主隧道的交界处采取如下措施可在保证支护结构安全的同时增大通风面积:(1)增加风道板厚度的同时在支护结构中增设钢拱架;(2)增设锚杆,利用锚杆的抗拔力约束支护结构变形。该成果为送风口处的支护结构设计及断面形式的选取提供了一定程度的参考价值。     

丁醇-柴油双燃料发动机的燃烧和排放特性试验研究

为了深入研究丁醇同分异构体在双燃料发动机上燃烧和排放的差异,基于1台重型6缸涡轮增压柴油机,在转速1 500 r/min、缸内循环总能量1 280 J/cycle工况下,针对正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料的燃烧和排放特性进行了试验研究。研究结果表明:随着柴油喷射定时的提前,正丁醇-柴油和异丁醇-柴油双燃料燃烧的最大缸内压力相位、放热率峰值相位和θ_(CA10)提前,最大缸内压力、缸内最高平均温度和燃烧持续期增加,放热率峰值和最大压力升高率先增大后减小,HC,CO和颗粒物排放降低,而NO_x排放先增加后减少。在相同的柴油喷射定时和丁醇替代比条件下,相比于正丁醇-柴油双燃料燃烧,异丁醇-柴油双燃料燃烧的θ_(CA10),θ_(CA50)和θ_(CA90)均提前,滞燃期和燃烧持续期变短,最大缸内压力、放热率峰值和最大压力升高率降低,HC和NO_x排放较高,而CO和颗粒物排放较低。