地下磁悬浮交通设计研究的若干问题

通过分析城市化带来的土地安全问题、环境安全问题、能源安全问题和交通事故引发的公共安全问题,详细论述了发展地下磁悬浮交通的动因。提出未来的城市交通和城际交通方式宜考虑发展地下磁悬浮交通,其中未来的城市客、货运交通宜发展地下中低速磁悬浮交通,而未来的城际交通宜发展成为绿色、低碳的地下高速磁悬浮交通。详细介绍了地下磁悬浮交通和地下物流系统的构造组成,重点介绍了地下磁悬浮系统具有节约土地、环境友好及高速大运量等优越性以及与该系统当前有关的试验研究成果,主要包括隧道的真空压力范围确定、截面设计、空气动力学试验模型、机械电力设备研究、生命支持系统研究以及建设成本估计等。     

高速列车的空气动力学问题

介绍了与高速列车有关的空气阻力、空气压力脉冲以及侧向风力所产生的倾覆力矩等3个空气动力学方面的问题。分析和讨论了列车交会时所产生的空气压力脉冲、影响压力脉冲强度的因素以及空气压力脉冲的测量方法,并介绍了计算静态和动态抗倾覆稳定性的检验公式和方法。     

列车绕流的瞬态与稳态数值模拟对比

采用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）和基于雷诺平均（Reynolds Average Navier-Stocks,RANS）的SST（Shear Stress Transport）k-ω湍流模型,分别对高速列车单车明线运行进行瞬态和稳态的仿真计算,通过与实车测试数据比较对数值模拟进行了验证.对比分析LES和RANS的计算结果发现：对于车头表面测压点,LES和RANS都能给出高精度的计算结果,且LES的瞬态计算结果表明,表面压力最大值在一个很宽的范围内波动;对于列车绕流结构,LES较RANS表现出更强的小尺度涡的捕捉能力,尤其表现在复杂的尾流区;通过气动力系数的傅里叶变换分析了波动的频域特性.LES在较复杂列车模型外流场模拟中的高计算精度,及其广泛的结果信息可以为列车的系统耦合设计提供可靠的数据参考.     

隧道长度对高速铁路地下车站空气动力学效应的影响研究

将高速铁路车站引入城市地下,必然面临车站内的空气动力学问题。探讨了隧道长度对车站内瞬变压力等气动效应的影响规律,在分析了站内压力不利叠加时机的基础上,推导了与隧道长度有关的地下车站内瞬变压力不利叠加的判别式,并对不同隧道长度下列车通过地下车站进行了数值模拟,验证了理论分析结果,探讨了影响站内气动环境的不利隧道长度。     

侧风下高速列车车体与轮对的运行姿态

应用流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型,计算了作用于高速列车车体上的气动力和气动力矩;应用多体动力学理论,建立了车辆系统动力学模型,分析了在不同风向角、侧偏角与合成风速下高速列车头车车体和轮对的运行姿态。计算结果表明:在不同侧风环境下,头车车体始终向背风侧横摆和侧滚;当风向角为90°时,车体的横向位移和侧滚角最大;当列车车速为350 km.h-1,侧风风速分别为13.8、32.6 m.s-1时,列车头车车体最大横向位移分别为74.2、171.7 mm,最大侧滚角分别为3.1°和8.4°;当列车车速为200 km.h-1,风速不小于32.6 m.s-1,且风向角为90°时,列车头车一、二位轮对均向背风侧横移,背风侧车轮易发生爬轨现象,三、四位轮对均向迎风侧横移,三位轮对迎风侧车轮易发生爬轨现象;四位轮对的横移量和摇头角均小于前三位轮对,相对安全。     

高速列车转向架空气阻力的数值模拟

为了研究转向架的空气阻力特性,建立了列车空气动力学模型.基于三维定常可压缩N-S 方程和k-ε两方程湍流模型,采用有限体积法对速度为400 km·h-1的高速列车空气动力学性能进行了数值模拟,分析了车底结构对转向架气动力的影响.研究结果表明:转向架区域的流场结构非常复杂,转向架前后都会有漩涡形成;高速列车各转向架所受气...     

横风工况下高速动车组空调表面气动性能数值分析

通过采用不可压缩粘性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型,建立了高速动车组模型,对其在不同横风工况下运行的外流场进行了空气动力学仿真.分析动车组空调表面的压力分布规律,结果表明：列车空调机组所受阻力值由头车至尾车逐渐减小,横风等级增加,阻力值变化不大;空调机组进出口表面负压值及冷凝器进出口压差随横风等级的增加而增大,4、8、12级横风时,空调进出口表面负压总值较无横风时分别提高约30%、174%、561%;随横风等级增加,头车空调所受横向力并无显著变化,而中,尾车空调所受横向力急剧增加,且方向与头车所受横向力相反.4、8、12级横风时,三车空调及导流罩所受横向力总值分别为78、532、2 499 N.     

侧风状态下轿车气动特性数值模拟方法的研究

采用3种不同方法,利用计算流体力学软件FLUENT对侧风状态下轿车的气动特性进行了数值模拟,得到了不同侧风状态下轿车气动阻力系数和侧力系数随横摆角而变化的曲线。讨论了不同方法的优缺点并将模拟结果与风洞实验进行对比,结果表明采用合适的数值模拟方法可省时省力地获得接近于实验的结果。     

汽车模型表面压力系数的测试与数值模拟

在风洞中采用多通道压力扫描阀对标准SAE汽车简化模型表面进行压力测量,并据此算得车身表面的压力系数。同时进行了对应的数值模拟。数据处理与对比的结果表明,车身上表面压力系数的模拟结果与实测数据非常接近;但在车身底部,两者存在差别,,特别是周围气流有分离的区域,差别较大。