本文采用风洞试验研究分离式狭缝控制下单箱梁气动力及流场特征。以Great Belt East Bridge主梁为研究对象,几何缩尺比为1125制作单箱梁模型。狭缝连接单箱梁模型的迎风和背风面风嘴。控制原理为来流从迎风面狭缝口进入狭缝再从背风面吹出,从而改变旋涡的脱落模式。试验中来流风速固定在10 m/s,对应的雷诺数为2.3×104。通过对单箱梁表面压力进行测量,结果表明本控制方法能显著降低作用在主梁上的表面压力脉动值和非定常气动力。通过对升力时程做频谱分析,发现分离式狭缝能加速单箱梁尾部旋涡脱落。采用粒子图像测速技术测得了单箱梁尾流场。结果表明控制工况上表面形成的分离涡向下方移动,尾流的宽度缩小,表明降低了作用于主梁的阻力。POD分析结果表明控制工况的前两阶模态能量占比较低,表明更多的能量被转移到高阶模态,小尺度涡结构的......

为了研究分流叶片前缘掠角对微小型离心叶轮流场及气动性能的影响,应用数值模拟及理论分析,对一带有分流叶片的离心叶轮进行了研究。结果表明分流叶片前缘后掠增强离心叶轮气动性能的机制,一方面为分流叶片对主叶片泄漏涡的分流效应,以及分流叶片攻角增大致使其吸力面高速低压气流对主叶片泄漏涡的引射效应;另一方面,随分流叶片前掠角度增大,其肩部的膨胀及压缩效应增强,对主叶片压力面气动干扰增强,使主叶片压力面负荷降低,当分流叶片后掠角度增大时,气流相对分流叶片前缘攻角变大使分流叶片气动负荷变大,另外,攻角变大导致分流叶片吸力面气流加速、流线弯曲变大,气动负荷增大。在进行分流叶片设计时,权衡结构重量、气动性能等因素,建议分流叶片前缘后掠角取值在8°~16°。

以高速动车组用空气弹簧为研究对象,基于气动热力学理论分别对空气弹簧主气室、附加气室和节流孔特性进行分析,数值计算中所需的参数值由有限元方法辨识,建立空气弹簧气动热力学模型。采用分数阶理论对橡胶气囊的黏弹性阻尼特性进行描述,基于实测数据辨识分数阶模型中的参数,建立分数阶修正模型,以实现对气动力学模型的优化作用。优化后的模型满足空气弹簧试验的验证,与试验各项数据吻合度较好。总结出不同激励振幅、载荷和频率下的空气弹簧刚度、阻尼特性的变化规律。通过与车辆动力学模型联合仿真计算的垂向平稳性变化曲线对比表明优化后的模型较气动模型的垂向平稳性指标降低6%左右,垂向最大加速度值得到了抑制。采用分数阶修正的空气弹簧特性建模,能够体现出更好的动力学性能。

为研究分体三箱断面主梁桥梁的抗风性能并提出有效的气动优化措施,基于某公铁两用分体三箱断面主梁大跨度斜拉悬索协作体系桥梁,开展了不同风攻角、不同紊流度流场以及5种不同气动措施下的节段模型风洞试验。结果表明,箱体分离会使主梁断面颤振临界风速大幅提高,但会造成箱体间流场的复杂化从而带来涡激振动(VIV)问题。成桥状态原始断面0°、±3°攻角下均发现了扭转VIV,最大扭转振幅1.238°;颤振临界风速均高于97.3 m/s。桥面抑流板、不同检修轨道位置及梁底导流板3种措施对扭转VIV抑制效果不理想;箱体间隙处加装均布纵向格栅可有效抑制扭转VIV,且透风率越小优化效果越明显,但透风率小于23%的格栅会造成颤振临界风速的下降;10%透风率格栅与下中央稳定板组合措施在完全抑制扭转VIV的同时保证了桥梁的颤振性能。基于计算流体动力学(CFD),得到......

以一斜拉桥研究对象,计算了桥梁下部结构的波浪荷载。通过ICEM生成车桥的混合网格,在Fluent中计算了不同风浪组合下系统的气动荷载。利用Ansys和Simpack建立车-桥耦合模型,将风浪荷载以时程输入,研究不同组合下列车和桥梁动力学指标的变化规律。结果表明当风速和车速一定时,随着波浪荷载重现期的增大,车桥系统的安全性与舒适性降低。列车的脱轨系数和轮对横向力随波浪荷载的变化最明显;桥梁跨中的竖向位移以及加速度与无波浪荷载相比变化较小,而横向指标则随之逐渐增大;当波高和车速一定时,系统的各项动力指标随着风速的提高均明显增大。列车的脱轨系数和轮对横向力的变化幅度最大;桥梁跨中竖向位移在风速达30 m/s时发生突变,而竖向加速度从无风环境到有风环境时发生突变,桥梁横向动力指标则随风速增大而显著增大。

车端连接处的风挡是影响高速列车气动特性的关键部件。基于雷诺时均法的k-ε方程,建立3节编组的CRH380B型高速列车的稳态流场计算模型,通过风洞试验验证计算模型的准确性,并研究不同形式的风挡结构对高速列车气动特性的影响。研究表明,与其他形式的风挡相比,采用闭合式半风挡的列车在梳理流场迹线和气流方向等方面效果显著,建议在中间车厢连接处采用闭合式半风挡;全封闭外风挡能够有效地控制流场速度分布和减小端面正负压力,建议在车头与后端车厢连接处以及车尾与前端车厢连接处采用全封闭外风挡。

风电机组振动问题严重影响风电机组的安全、寿命和稳定运行,引发风机振动的原因有很多种,比如偏航问题、叶片不平衡问题、发电机轴承损坏以及齿轮箱断齿等问题。在所有振动问题中,叶片不平衡引发的振动问题不易被直观发现而且影响大,故本文重点介绍风力发电机组叶片气动不平衡造成的风机振动问题。

当气流流过塔筒的表面时,在流体黏性和逆压梯度的作用下,流体在塔筒的表面会产生边界层分离,使流体产生回流,进而在塔筒两侧的尾流区产生交替脱落的旋涡。当塔筒固有频率与涡脱频率相近时,就会引发诱发塔筒的共振。涡振严重时会造成倒塔事故。该文通过深入研究涡激振动的机理,提出了多种涡激振动响应的计算方法,并从塔筒结构形式、气动力干扰以及阻尼耗能的角度出发,分别给出了涡振减振思路。

为研究强风作用下风攻角对车-桥系统气动特性以及车桥耦合振动的影响,以某大跨度铁路悬索桥为研究对象,通过节段模型风洞试验测得在不同风攻角条件下的车、桥气动力并探寻其受风攻角变化影响的规律。依据弹性系统动力学总势能不变值原理进一步建立可考虑风荷载作用的车-桥系统耦合振动方程,求解方程并就风攻角变化对桥梁和列车的动力响应的影响进行分析研究。研究结果表明风攻角对由悬索桥和列车组成的车-桥系统的气动特性影响较大。当风攻角向负向增大时,桥梁阻力系数增幅较大;当风攻角向正向增大时,桥梁阻力系数增幅较为平缓;当风攻角绝对值较大时,车辆阻力系数较大并在风攻角为-8°时有最大值。强风下车-桥系统耦合振动响应对风攻角的变化较为敏感,当风攻角为-8°时,桥梁主跨跨中处横向及竖向振动位移有最大值,列车动力响应......

以南京第四长江大桥扁平箱梁为研究对象,通过节段模型自由振动风洞试验详细测试了模型在不同风攻角下的颤振响应,探讨了系统非稳态及稳态临界振幅随风速的演化规律.首先,基于颤振响应振幅包络,结合Hilbert变换,识别了系统振幅依存的模态阻尼,并初步阐释了颤振形态随风攻角转变的机理.其次,提取了系统在不同风攻角下的模态参数,基于双模态耦合闭合解法,识别了断面在不同风攻角下的非线性颤振导数,研究了关键颤振导数振幅依存性随风攻角变化的规律及对断面颤振形态和特性的潜在影响.最后,通过逐项拆解模态阻尼,深入剖析了风攻角对非耦合及耦合气动阻尼的影响,并阐明了分项阻尼导致系统颤振性能差异性的动力学机理.