为了探讨液压设备中压力波的非线性特征,构建以轴向柱塞泵为动力源的液压实验平台,采集4种油液含气量状况下管道中压力波的时域信号。根据非线性理论和信号处理方法,通过互信息法和Cao方法重构油液压力波信号相空间,利用高斯核函数法和Wolf方法计算压力波信号的关联维数和最大Lyapunov指数。实验结果表明,油液压力信号具有较强的分形特征;随着含气量的增大,油液压力信号表现出较大的随机性和混沌特征。

为研究列车以400km/h速度通过隧道的气动特性,本文利用三维、瞬态可压缩的k-两方程湍流模型数值模拟了8车编组高速列车通过100 m2隧道的气动效应,包括高速列车通过隧道时的车体表面、隧道壁面的压力时程曲线和隧道出口的微压波。结果表明(1)列车通过隧道时,车体相同横断面上的不同表面测点压力变化规律一致,幅值差异较小;(2)非流线型车体不同横断面表面测点压力的变化幅值存在一定差异,差异幅值最大为4.8%;(3)随着测点与头车鼻尖距离的增加,车体表面测点的负压幅值逐渐增大,尾车表面的负压幅值最大,较头车表面负压幅值增加14.3%;(4)沿列车行驶方向,隧道壁面压力变化幅值呈现出先增加后降低的趋势,在隧道中部250 m和隧道出口位置,不同测点压力变化幅值最大相差79%。

随着轨道交通运行速度的不断提高以及隧道内多车追踪的出现,屏蔽门上的压力荷载对线路运营安全具有重要意义。以成都轨道交通18号线为研究对象,采用实车测试的方法对过站站台屏蔽门的气动压力进行了研究,分析了列车运行速度、行车间隔、风井风阀开闭情况对站台屏蔽门气动压力的影响。结果表明屏蔽门的峰值正压出现在列车车头到达屏蔽门时,而屏蔽门的峰值负压出现在列车车尾到达屏蔽门时,且屏蔽门的峰值压力随着列车过站速度的增大而增大。此外不同行车间隔对屏蔽门压力极值影响较小。研究为屏蔽门系统结构强度设计提供了参考。

为研究川藏铁路线路坡度对长大隧道内运行动车组气动性能的影响,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对列车通过不同坡度的长大隧道气动性能进行数值计算,分析了线路坡度对列车通过隧道时气动阻力及压力波的影响。研究结果表明上坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈减小趋势;下坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈增大趋势;列车上坡通过隧道时平均阻力明显大于相同坡度下坡时的平均阻力;上坡通过隧道时气动阻力最小值出现在列车车头驶入隧道时刻,气动阻力最大值出现在车尾驶入隧道诱发的膨胀波传至车头时刻;平直坡道通过隧道的列车气动阻力在一定时间段维持恒定,而上下坡通过隧道的列车气动阻力达到最大值后一直呈减小趋势。

高速磁浮列车通过隧道过程中将引起剧烈的压力波动,造成司乘人员耳感舒适性、车体及其零部件、隧道衬砌及辅助设施的气动疲劳寿命问题,有必要对磁浮列车高速通过隧道时压力波效应进行研究。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法对单列车通过隧道时车体压力载荷进行数值模拟研究,初步揭示隧道长度、列车速度、阻塞比对车外压力波的影响规律;得出时速500~600 km/h速度下基于最大正负值和最大压力峰峰值的最不利隧道长度;论证了列车通过隧道产生的压力波幅值与列车速度平方成正比的适用范围,总结了压力最值与速度的拟合关系式。本文研究方法和结果可为车体设计选用气动载荷提供参考依据。

为了研究时速140km/h高速地铁列车以不同运行方式在隧道中运行时的气动效应,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法,对地铁列车由明线驶入隧道及站间运行时产生的气动效应进行数值模拟,分析不同运行方式对高速地铁隧道气动效应的影响。研究结果表明:列车站间运行时,车体表面测点压力峰峰值沿车长方向基本不变;而列车由明线驶入隧道时,车体表面测点压力峰峰值从头车向尾车逐渐降低。2种运行方式下的隧道壁面测点压力峰峰值均在中间风井处达到最小值。并且列车由明线驶入隧道时的最大车体表面和隧道壁面压力峰峰值分别为列车站间运行时的1.37倍与1.49倍。不同列车密封指数下,列车由明线驶入隧道时的车内压力变化均大于列车站间运行时的车内压力变化。因此,地铁列车由明线驶入隧道时的空气动力学效应比站间运行时更加不利。

基于6方程多相流模拟理论并结合Keller-Miksis方程半解析解进行对比验证,建立了适用于研究高液压水体中近壁面空化气泡坍塌问题的数值模型。选取周围水体p_(∞)=10^(6) Pa、p_(∞)=10^(7) Pa、p_(∞)=10^(8) Pa三种高液压工况以及S=0.1R_(0)、S=0.4R_(0)、S=0.7R_(0)、S=1.1R_(0)四种空化气泡与壁面之间间距工况对高液压水体中近壁面空化气泡坍塌的动力学特性进行系统探究。结合数值纹影、压力场无量纲化等后处理技术,对不同组合工况下空化气泡坍塌演变、压力波生成与传播以及壁面径向原点位置压力峰值进行了详细地对比分析,并深入揭示了周围水体液压以及气泡与壁面之间间距对于近壁面空化气泡坍塌动力学特性的影响规律和内在机理。

车辆液压系统在工作过程中会受到车体振动与泵源液压脉动双重激励的影响,对压力波的传递及管网的振动产生重要影响。针对车辆液压系统泵源激励和车辆机体激励产生的振动进行分析,研究多源激励下管路的振动规律及压力波的传递规律。首先对泵源与机体共同激励下管路振动的计算方法进行了分析,将流体域动力学方程与固体域动力学方程进行组合,建立了流固耦合的总体动力学方程,然后对方程进行离散求解。基于理论推导,采用数值模拟的方法对液压管路的振动进行了分析,研究发现,液压系统在泵源谐波激励下的振动响应表现为宽频域的强迫振动,其谐波频率与泵源流体压力脉动频率保持一致,当泵源产生的压力脉动频率与液压管路的固有频率接近时,会激起管路结构大幅度共振响应。

为了了解用激波管产生大流量水喷雾的流体力学原理，进行了实验研究。用可视化方法观察了管内两相流及所产生的喷雾的发展过程。用PVDF压力传感器测量了激波管内的压力波形。结果表明，水柱内的压力波明显地不同于空气中的压力波；水柱被经过加速后，其雾化形态发生了新的变化。

在截面积为7.2m2,长为700m的地下原型坑道中进行了油气混合物的爆炸实验,实验中使用了加速油料挥发气化的雾化装置以及远距信号传输和采集系统.通过光电火焰传感器和压阻传感器测试爆炸过程中火焰和压力信号,得到了地下原型坑道中油气爆炸过程的基本参数,揭示了爆炸过程中组分、湍流对燃烧与压力波发展影响的规律.