动车运行过程中发生车窗玻璃破碎的情况具有突然性,对铁路运输安全有一定影响,并极易受到公众高度关注。动车玻璃破碎有的是人为因素引起,有的是非人为因素引起,判明玻璃破碎的原因,确定案事件性质,是采取有效措施,消除安全隐患的前提。笔者结合海南环岛高铁2010年以来发生的89起动车玻璃破碎案事件现场勘查实践以及广深线48起动车玻璃破碎案事件资料,对玻璃自爆、飞砟、弹弓弹射钢珠、抛石击打造成玻璃破碎的形成机制和痕迹特征进行了分析总结;针对抛石击打与飞砟形成玻璃破碎痕迹的区分难点,对两者因击打角度和方式不同、击打物的体积和质量的不同而形成痕迹的差异进行了深入探讨。

针对某动车组牵引变流器离心风机在使用过程中出现的叶片断裂问题,首先利用Star CCM+软件生成网格,再采用标准k-ε模型和移动参考坐标系对离心风机进行稳态流场仿真,得到离心风机叶片的压力分布、流线分布和气动力,然后利用有限元软件分析不平衡配重、冲击和振动等因素对叶片受力的影响以及模态振型,并提出优化改进方案。研究结果表明,叶片所受的离心力远大于气动力和冲击振动力,原有叶片强度不足,应力集中,交变的离心力会导致叶片的疲劳破坏,是叶片断裂的根本原因;增加叶片厚度和应力槽的结构改进方案可以显著降低应力水平,而且第1阶固有频率高于离心风机的旋转频率,不会引起共振,可以满足现场的应用条件。叶片的受力仿真分析可为离心风机的可靠应用提供指导。

为减小动车组车载设备的气动阻力,针对受电弓检测装置左右设备分别建立单体和3节车编组的数值计算模型。基于空气动力学的数值计算方法,将列车明线运行工况归结为定常不可压缩黏性流体流动问题。利用结构化网格划分软件对计算区域进行离散化并验证网格无关性,再采用标准k-ε湍流模型预测受电弓检测装置周围流场,对比分析不同列车速度、运行方向和安装位置等条件下的气动力特性。提出受电弓检测装置的外形优化方案。研究结果表明受电弓检测装置单体的迎风面为正压,边线及背风面为负压,增大边线的倒圆角半径和调整平切面是优化左右设备外形流线型的途径;3节车编组的车顶设备之间流场存在相互影响,与单体模型的仿真结果相比,压力值有4%左右的差别;列车速度350 km/h时受电弓检测装置左右设备的阻力之和为600~700 N,阻力系数范围为0.45~0.6......

为研究离心压气机叶轮的气动激励特征及激励作用下的振动特征,建立了单向瞬态流固耦合模型进行计算分析.利用模态分析确定了叶轮的共振工况,在此工况下进行单向瞬态流固耦合计算.讨论了叶轮与进气弯管和出口蜗壳发生动静干涉时,其表面非定常气动激励的时域与频域特征,并进一步讨论了叶轮在此气动激励下振动时的时域与频域特征.结果表明,叶轮共振时的主要振动分量是基频与共振频率处的振动分量,共振频率处较小的气动激励引发了较大的振动幅值;长叶片吸力面前缘等位置处动应力及离心应力较大,是疲劳失效危险点,叶轮易从此处萌生疲劳裂纹并发生疲劳断裂.

为提高动力涡轮发电机组的气动效率和结构强度,对涡轮的动叶和静叶进行气动优化设计和结构优化设计。在FINETURBO和ANSYS WORKBENCH平台上对原方案与新方案透平进行仿真分析和结果对比。模拟结果显示通过优化叶轮入口攻角、降低叶轮出口速度,透平等熵效率提高4.4%;通过优化轮盘、轮毂、背板型线和叶片厚度分布,叶轮背板最大应力降幅达11%,叶根最大应力降幅达26.5%;通过调整静叶的叶片数和动叶与静叶的间隙,在额定转速下避开了共振点,安全裕度超过15%。此次模拟研究的正确性需进一步通过试验验证。

为探究风扇和核心机对于巡航气动特性的共同影响,以350座的翼身融合布局客机为研究对象,采用改变核心机展向位置,在此基础上改变动力系统弦向位置和展向位置的方法进行研究。研究结果表明巡航状态下,核心机位置对于整流罩表面压力分布和飞机气动特性影响较小,动力系统后掠角为-12°,弦向位置为0.8时,升阻比可达22.39;在动力系统面积和流量不变的情况下,缩小其展向宽度会导致升力减小、阻力减小、升阻比下降、抬头力矩增加;飞机在巡航迎角3.2°下达到最大升阻比22.39,升力系数在起飞迎角10°下达到1.0541,满足起飞升力系数要求。

针对垂直轴风力机运行时叶片攻角随相位角呈周期性变化所导致的强非稳定和非定常流动进而引发的气动效率问题,提出在叶片尾缘布置动态格尼襟翼的流动控制方法。以三叶片直线翼垂直轴风力机为研究对象,采用基于SST k-ω湍流模型的数值模拟方法,研究了格尼襟翼不同运动方式及伸出高度对垂直轴风力机气动性能的影响。结果表明在叶片尾缘布置动态格尼襟翼可有效提高风能利用系数,当动态格尼襟翼始终保持在压力面时,整机最大风能利用率可提高27.9%,同时最佳尖速比降低,风力机运行稳定性提高;在低尖速比下,格尼襟翼能增大单叶片切向力,提高整机在低风速下的启动力矩;当格尼襟翼高度超出一定范围时,随尖速比增大,整机风能利用率提高效果逐渐减弱,同时叶片疲劳载荷增大。

结合非嵌入式多项式混沌展开方法、稀疏网格技术、Sobol Indic敏感度分析方法以及RANS方程求解方法,提出了涡轮动叶凹槽状叶顶气热性能不确定性量化分析方法,数值模拟与实验数据吻合一致验证了本文方法预测凹槽状叶顶气热性能的有效性。在量化几何参数叶顶间隙和运行参数主流进口总温以及吹风比的不确定性的基础上,对GE-E 3动叶叶顶的气动以及换热性能进行不确定性量化,详细分析了不确定性输入量对平均气膜冷却有效度、间隙泄漏量以及下游总压损失系数的影响,并且通过Sobol Indic方法对各不确定性变量对叶顶气热性能不确定性的贡献进行量化研究。不确定性分析的结果表明叶顶前缘区域的泄漏量对不确定性输入不敏感,但是尾缘区域泄漏量的不确定性偏差可达到25%;下游总压损失系数总体受不确定性波动的影响较小;在几何及工况不确定性的影......

为了探索动叶尾缘结构对气冷涡轮流场及气动性能影响规律,本文针对某船用燃气轮机高压涡轮动叶模型采用CFD软件分别开展了变叶盆侧尾缘长度、变叶背侧尾缘长度及尾缘全劈缝3种结构型式下的三维数值模拟研究。结果表明涡轮进口流量主要受最小喉道面积控制,变叶盆侧尾缘长度气动性能优于变叶背侧尾缘长度,变叶盆侧尾缘长度总压损失系数随着两尾缘之间的距离增大而减小,出口相对气流角随着两尾缘之间距离的增大而有增大的趋势。两尾缘之间距离每增加1 mm,总压损失平均减少0.45%,出口气流角平均增大0.17°。尾缘全劈缝与最优变叶盆侧尾缘情况相比,尾缘全劈缝总压损失最小、出口相对气流角更接近几何出气角。

通过建立隧道-列车-空气三维CFD数值仿真模型,研究了帽檐斜切式隧道洞门对列车通过隧道时的流场特性的影响,得出了高速列车通过隧道时洞门斜切斜率和列车运行速度对隧道中部监测点压力波变化、列车车头鼻尖处压力变化和隧道口外40 m处微压波的影响规律。研究结果表明随着隧道洞门斜切率的减小,隧道中部监测点压力波和列车车头鼻尖处压力的变化趋势基本保持一致,并且压力幅值几乎不变;而隧道口外的微压波幅值显著降低。当列车运行速度从250 km/h增加到350 km/h时,隧道中部监测点压力波、列车车头鼻尖处压力最大值及微压波幅值随车速增加而增加,且初始压缩波峰值、负压幅值和车头鼻尖处压力幅值与车速的二次方成正相关;初始压缩波的瞬变压力梯度最大值与车速的三次方成正相关。