电阻制动带内空气流动与传热数值模拟

电力机车在电制动时,将部分电能消耗在电阻制动带上而变为热能,如果这部分热量不能有效散失,将对行车安全造成严重威胁,因此了解电阻制动带通道内的气体流动状况与换热情况就十分必要。本文以空气为介质(Pr=0.701),采用数值模拟的方法在Re=300~1 000的范围内对电阻制动带内周期性充分发展的层流流动进行了模拟分析,说明不同Re、不同攻击角、不同开缝长度对Nu数和阻力系数的影响。分析结果表明:攻击角相同的情况下,增大开缝长度,Nu数增加,但阻力增加的幅度更大;开缝长度相同的情况下,增大攻击角,Nu数和阻力系数都有明显的增加;最佳的结构参数为开缝长度取5 mm,攻击角取30°,可获得较大的Nu数和较小的阻力系数。     

列车周围流场数值研究

本文采用有限体积法求解具有原始变量的低速Ｎ－Ｓ方程，对列车周围流场进行数值模拟研究，计算中对转向架和受电弓处作了简化处理，得到了三车编组情况下列车表面压力分布及气通阻力系数，并与列车模型风洞实验结果进行了对比。     

流动状态与热源简化方式对IGBT水冷板仿真结果的影响

利用层流和湍流模型对比研究了直槽道形式水冷板内部的流动状态,结果表明各槽道的平均流速不一致,不能简单地将槽道内的流动状态定性为层流或湍流.与均布热源方式相比,对IGBT 元件精确建模方式得到的水冷板上IGBT元件安装面处的最高温度可高6～9℃.精确建模方式可以获得准确的温度分布和IGBT元件内部的芯片结温,计算结果有利...     

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。     

高速列车隧道压力波浅水槽模拟试验研究

当高速列车进入隧道时,在列车前端的隧道空间引起空气的不稳定流动并形成压力波,压力波的形成可以通过自由表面水波运动的水波高度与可压缩流体运动压力的相似关系来模拟。本文介绍了自建的浅水槽模拟试验装置,并利用该装置研究了高速列车进入隧道时引起的压力波动。实验结果表明,压力波浅水槽模拟试验方法及其试验台的研制是成功的,测试结果可以用来校核复杂结构隧道压力波的数值计算。     

基于Phoenics列车车厢火灾烟气数值模拟研究

本文分析铁路列车车厢火灾的主要特点,基于Phoenics软件采用CFD方法对列车车厢火灾引发的烟气流动进行数值模拟,建立SKE-2000电动车组的一节车厢的内部模型,并对其材料和边界,火源和烟气流动模型进行设置.计算分析车厢内部火灾时烟气扩散过程,车厢空间各区域烟气浓度分布情况,温度的分布及变化趋势,并讨论分析紧急状况下烟气和温度变化对列车人员疏散的影响.     

基于仿生非光滑沟槽的高速列车减阻研究

为减小高速列车气动阻力,根据仿生非光滑理论,以鲨鱼体表为仿生对象,建立仿生非光滑沟槽的几何外形,采用经风洞试验验证的数值模拟方法,开展仿生非光滑沟槽的减阻效果研究。计算结果表明：仿生非光滑沟槽的存在可以阻碍由湍流运动引起的瞬时横向流动的发生,降低湍流与壁面之间的摩擦阻力;沟槽顶端区域的摩擦阻力系数接近于光滑壁面的摩擦阻力系数,而其余大部分区域内的摩擦阻力系数则小于光滑壁面的摩擦阻力系数;在不同的气流速度（60～160 m/s）下,沟槽壁面的阻力系数均小于光滑壁面的阻力系数,仿生非光滑沟槽的减阻率可达6％以上。     

串列六边形截面桥塔气动干扰效应研究

为了研究串列六边形截面塔柱的气动干扰效应,采用数值模拟方法研究串列塔柱的三分力系数。首先,对正方形截面的三分力系数进行数值模拟,验证数值模型的准确性;然后,计算单个塔柱截面的上游和下游截面的三分力系数;最后,考查了间距等参数的影响。结果表明,对单个塔柱截面来说,上游截面阻力系数较大,上下游两个截面的升力系数斜率完全相反。对串列塔柱截面来说,上游截面的阻力系数在两截面的距离较小时会变大,但距离较大时会变小;下游截面的阻力系数比单个截面的小,而升力系数和力矩系数的变化较小。     

磁器口车站中洞法施工的非线性二维数值模拟

研究目的：为了预测北京地铁五号线磁器口车站中洞法施工引起的地表沉降，评价各部开挖过程的土体稳定性，在开工前需对施工过程进行数值模拟。 研究方法：运用大型通用有限元软件（ANSYS）模拟计算磁器口车站中洞开挖过程，采用合理的计算参数和“生死”单元法对其进行非线性数值模拟分析，给出中洞开挖引起的地表沉降计算结果；对分析显示的土体薄弱部分进行及时加固，确保开挖过程中土体处于稳定状态。 研究结果：通过对监测结果与数值分析结果的比较，证明了计算模型和参数选取的合理性以及计算结果的正确合理性。 研究结论：理论计算地表沉降曲线与施工实测曲线趋势和数值基本一致；数值模拟结果用于定性分析土体稳定性非常有用，要做到定量分析难度很大；数值模拟时必须对关键参数（如变形模量等）及其敏感性加以讨论和分析。     

珠江城际铁路清远站过站列车风数值模拟研究

基于计算流体力学软件Fluent,对珠三角城际铁路清远站的列车风风荷载进行了数值模拟研究。采用三维非定长可压缩流动模型,并应用动网格技术模拟了高速列车自进入雨棚起至穿越雨棚止的整个过程,得到列车过站过程中列车风空间分布形态,获得屏蔽门上监测点处的压力时程,总结压力分布的规律,给出用于结构设计的荷载取值建议,同时对站台的风环境进行分析。     

空调车内三维紊流流动与传热的模拟研究

运用κ-ε紊流模型对空调硬座车内三维流场和温度场进行了数值模拟。将人体散热和太阳辐射作为能量方程的附加源项，采用有限容积法和交错网格将计算区域进行离散，用SIMPLE算法计算了空调硬座车内空气流动与传热问题。研究结果为空调车内气流组织的优化设计和舒适性评价提供了依据。     

水土流失过程中水流运动的模拟计算

水的运动是水土流失过程的主要方面，水的转移和流动，发生推移质和滑移质泥沙的运动，形成水土流失，本文给出了在影响水土流失的其它因素确定的情况下，模拟计算地面水流的流速和流量的计算公式和方法，以生态环境，路桥建设的质量有重要意义，并在实际测试中进行了验证。     

地铁通风网络的数值分析

根据地铁列车在运行过程中引起空气流动的特点，采用通风网络理论，对空气流动现象进行合理简化，对于复杂的地铁网络系统，利用图论中“树图”理论形成独立回路，并利用电路理论中有关定律解算回路中的风量，风阻。发展和完善了地铁空气流动的数值计算方法，结合我国正在进行的某轻轨地下部分环境控制设计的任务，对地铁系统速度场，温度场进行了预测，并对不同的环境控制方案进行了比较，提出了合理建议。     

隧道内地铁列车局部阻力系数的数值模拟

利用计算流体力学软件STAR-CD,对地铁区间的事故工况(阻塞工况和火灾工况)下列车周围的气流分布进行模拟计算。根据局部阻力产生的原因和定义,核算出两种工况下的列车局部阻力系数;通过对比火灾和阻塞工况下沿程阻力损失差,核算出火灾工况下对应的摩擦阻力系数,为地铁区间通风网络法模拟提供重要依据。结合工程实例,介绍计算流体力学(CFD)和网络法联合模拟在区间设计中的应用情况。     

地铁网络系统节点温度分析

本文对具有复杂网络结构的地铁连接点进行了空气动力学和热力学分析，提出了计算方法，并用该方法对欧洲Lotschberg隧道进行了计算和分析，说明本文的计算模型和方法是正确的，可以对具有网状结构的隧道和地铁进行数值模拟。     

高速铁路复线隧道内压力波特性的数值模拟研究

采用有限体积方法和任意滑移界面动网格技术的CFD方法,对我国高速列车和复线隧道条件下的压力波基本特性进行数值模拟研究。为避免数值计算产生不合理的物理现象,应用光滑启动技术。在验证本文数值方法正确性的基础上,采用三维非定常可压缩湍流流动模型方法,研究高速列车驶入单洞复线隧道时的压力波基本特征,揭示隧道内压力波的形成过程,得到不同断面上不同测点的压力变化及分布规律;研究结果表明:在初始压缩波三维效应的影响下,近隧道入口断面不同测点压力差异较大,且随着列车速度的增加,正压最大值也越大;在距离出口较近的断面上,当列车速度增加到一定范围,正压最大值反而减小;隧道衬砌上的正压最大值多出现在距离隧道入口较近处,而负压最大值则出现在隧道的中央断面上。     

隧道中列车空气阻力数值模拟研究

建立了一套计算隧道中列空气阻力的数值方法，其中数学模型采用可压缩性流体的ｋ－ε双方程湍流模型，计算方法采用ＰＩＳＯ算法，对不规则边界提出了速度修正法，在壁函数中引入了壁面粗糙度的影响，通过不同条件下的数值模拟，获得了全场的压力分布，以及空气阻力与基本参数的关系。     

基于波面分解的跨海桥梁下部结构波浪荷载计算方法

为建立波面与结构波浪荷载之间的直接联系,提出一种基于波面分解的桥梁下部结构波浪荷载计算方法。通过傅里叶变换将波面时程分解为有限个线性规则波的叠加,根据线性波浪理论,将每个规则波的水质点速度、加速度组合叠加,得到波面对应的水质点速度和加速度分布,最后利用Morison方程计算波浪荷载。通过与既有波浪理论、水槽试验和数值模拟结果进行对比,验证了方法的有效性和准确性。研究结果表明:(1)当波高不大时,本文方法得到的水平速度和加速度与波浪理论值吻合良好;(2)基于水槽试验的波面分解,本文方法结果与流速仪实测结果在时域与频域均吻合良好;(3)以一个圆柱桥墩为例,本文方法比数值模拟计算效率高,墩底剪力、弯矩的误差分别为3%、8%左右。     

双竖井铁路隧道活塞风非定常流动理论计算研究

针对既有竖井影响下活塞风理论计算研究的不足，基于连续性方程和伯努利方程建立双竖井铁路隧道活塞风非定常流动理论计算模型；将列车在双竖井铁路隧道中行驶的全过程分为4个阶段，分别推导各阶段隧道内活塞风非定常流动的理论计算式；通过模型试验和数值模拟2种方法，验证理论计算式的可靠性并进行修正。结果表明：随着列车与竖井相对位置的变化，隧道内与竖井内的风流关系呈动态变化，若按固定值计算会引起较大误差，而采用数值模拟方法可实现风流动态关系式的反推，达到修正理论计算式的目的；修正后的理论计算式精度较高，总体误差低于10%，适用列车速度范围为0～360 km·h-1；该理论计算式不仅可计算结构类似的铁路或地铁隧道活塞风速，还可推广应用于单竖井或多竖井（3个及以上）隧道。     

基于DE S的高速列车气动阻力分布特性研究

基于Realizable k-ε方程的DES数值模拟方法,研究某高速列车头、中和尾车不同区域对整车气动阻力系数的贡献值,并结合风洞试验结果,验证本文所采用的计算方法,计算与风洞试验结果两者偏差在2％以内;各车辆的瞬态气动阻力系数时程曲线在均方根值上下波动,其中头车的脉动幅度最小,尾车最大;头车、尾车的头部曲面区域及各个车辆转向架区域的气动阻力占整车气动阻力的77．8％;前端转向架区域气动阻力系数从头车、到中间车、到尾车大幅度减少,后端转向架区域气动阻力系数逐渐增加;从流场结构来看,列车的头部、风挡、车底结构以及车尾处产生了大量的漩涡;沿车长方向,头车车体附近的漩涡情况好于中车和尾车。