列车气动性能评估参数研究

列车外形对列车气动性能起决定性作用。以往常采用长度法定义的长细比(长度长细比)来评估不同头部外形气动性能,这种方法在车身横截面积相同的情况下,致使长度相同外形不同的流线型车头具有相同的长细比而无法进行比较。针对这一情况,对不同外形系列的流线型列车开展了风洞实验研究,在此基础上提出了一组新的列车气动性能评估参数-整体长细比和宽细比。整体长细比考虑了车头流线型部分水平面投影形状(水平长细比)和纵向对称面投影形状(纵向长细比)对空气阻力的影响,宽细比则综合了长度长细比和车头流线型部分水平面投影形状对列车交会压力波的影响。研究结果表明该组评估参数能较好地反映出端车流线型外形对列车气动阻力和交会空气压力波幅值的影响。     

Effect of microbubbles on the structure of turbulence in a turbulent boundary layer

The time-averaged velocity and turbulence intensity distributions were measured by a laser Doppler velocimeter in a turbulent boundary layer filled with microbubbles. The void fraction distribution was also measured using a fiber-optic probe. The velocity decreased in the region below 100 wall units with an increase in bubble density. This led to a decrease in the velocity gradient at the wall, which was consistent with a decrease in shearing stress on the wall. The turbulence intensity in the buffer layer increased at a low microbubble density, and then began to decrease with an increasing microbubble density. Based on the present measurements, the mechanism of turbulence reduction by microbubbles is discussed and a model is proposed. Received for publication on Dec. 3, 1999; accepted on April 18, 2000     

门型桥塔驰振气动干扰效应数值模拟

针对大跨径悬索桥施工期门型变截面桥塔的驰振问题,提出一种有限元与计算流体动力学CFD相结合分析变截面高耸结构驰振的实用数值方法。以东海某大跨径悬索桥北桥塔为例,运用该方法,考虑塔柱间的气动干扰效应,进行门型桥塔施工期典型工况的驰振性能分析。结果表明:纵桥向门型桥塔整体和其单根塔柱的驰振力系数均大于0,不存在驰振失稳的可能性;在横桥向,由于门型桥塔受塔柱间气动干扰效应的影响,其驰振性能与不考虑气动干扰时的不同,且倒角截面对门型桥塔驰振性能不利;矩形截面和倒角截面前柱的驰振力系数均大于0,后柱的驰振力系数均存在小于0的情况,且后柱驰振力系数的绝对值大于门型桥塔整体的驰振力系数绝对值;在进行门型桥塔施工期驰振分析时,当无横梁时,要重点研究后柱横桥向的驰振性能。     

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。     

耙吸式挖泥船耙头内部泥沙运动及防淤堵策略分析

针对耙吸式挖泥船进行航道疏浚作业时,吸入的黏土容易在耙头内部堆积造成堵塞,导致疏浚效率下降的问题。通过研究耙头的结构发现,防止杂物进入泥泵的格栅为黏土堵塞的主要位置,对其进行基于双欧拉模型的流体动力学仿真研究,得出不同的工作参数和格栅角度对耙头压力、速度、泥沙浓度的影响。结果表明,耙头内部低速区容易发生泥沙沉积,高压水射流能提高局部流速,促进泥水混合,有利于泥浆的输送,施工过程如遇黏土将格栅前移能有效防止施工过程中的堵耙现象,提高耙吸式挖泥船的工作效率。     

耙头波浪补偿系统的液压工作压力确定及波动变化分析

根据耙吸挖泥船波浪补偿系统的工作原理,提出确定系统液压压力的工程实用计算方法,在准静态假设的基础上,研究活塞杆伸出或缩进时系统压力的波动情况。对系统配置蓄能器体积参数进行敏感性分析,研究表明蓄能器体积宜为液压缸活塞行程体积的10倍。提出的计算方法与研究结论可用于指导疏浚工程中合理设定耙头波浪补偿系统液压工作压力,也可为被动波浪补偿装置的研究提供参考。     

块体形状对水流拖曳力的影响

在计算块体受到的水流拖曳力时,常借鉴针对球体所提出的公式,然而它并不能客观地反映出块体形状对拖曳力产生的影响。文中将块体形状概化为长方体,通过水槽试验测量了水流作用下不同尺度的大颗粒块体受到的水平拖曳力,研究了块体形状对水流拖曳力的影响,并提出了考虑块体形状影响的拖曳力计算公式。     

淹没齿型丁坝阻力与壅水响应关系试验研究

为研究淹没齿型丁坝阻力与其壅水响应关系,利用物理水槽试验与理论分析相结合的方法,建立了淹没齿型丁坝阻力系数计算方法,其阻力系数大小主要与无量纲淹没度与相对坝长相关。进而采用动量守恒的方法构建了阻力系数与壅水效应相关联的淹没齿型丁坝壅水预测模型。通过实测数据对壅水预测模型进行验证,计算结果与水槽试验数据符合良好。研究成果可为其他形式丁坝或相关涉及建筑物阻力与壅水效应研究提供参考与借鉴。     

基于仿生学的高速列车减阻机理数值模拟

鲨鱼皮的盾鳞形沟槽形状是鲨鱼保持高速前行的关键。将鲨鱼皮表面沟槽结构应用到高速列车领域,采用格子Boltzmann方法模拟了盾鳞形沟槽表面对流动阻力的影响,根据模拟结果计算阻力损失系数,并与光滑表面阻力损失系数进行对比分析,得到不同雷诺数下的沟槽表面减阻能力。根据盾鳞形沟槽表面内流线图分析了沟槽的减阻机理。     

Resistance analysis of unsymmetrical trimaran model with outboard sidehulls configuration

The application of multi-hull ship or trimaran vessel as a mode of transports in both river and sea environments have grown rapidly in recent years.Trimaran vessels are currently of interest for many new high speed ship projects due to the high levels of hydrodynamic efficiency that can be achieved,compared to the mono-hull and catamaran hull forms.The purpose of this study is to identify the possible effects of using an unsymmetrical trimaran ship model with configuration（S/L） 0.1-0.3 and R/L=0.1-0.2.Unsymmetrical trimaran ship model with main dimensions： L=2000mm,B=200 mm and T=45 mm.Experimental methods（towing tank） were performed in the study using speed variations at Froude number 0.1-0.6.The ship model was pulled by an electric motor whose speed could be varied and adjusted.The ship model resistance was measured precisely by using a load cell transducer.The comparison of ship resistance for each configuration with mono-hull was shown on the graph as a function of the total resistance coefficient and Froude number.The test results found that the effective drag reduction could be achieved up to 17% at Fr=0.35 with configuration S/L=0.1.