在研究风沙流动方面,光滑粒子流体动力学方法(SPH)的无网格性有着独有的优势。利用SPH方法研究风沙流动时,需要将整个计算区域离散成数量庞大的单个粒子,因此计算规模大、计算效率低。为提高SPH方法的计算效率,采用支持并行计算的CUDA平台,利用GPU大规模并行计算技术,实现SPH方法数值模拟时的加速运算。以二维气沙两相耦合模型作为数值算例,利用GPU并行计算详细分析颗粒群的运动规律。比较在不同粒子数下CPU与GPU的计算效率以及GPU线程数对计算效率的影响。对所得结果进行统计分析后,得到了单颗沙粒的典型抛物线形和变异的跃移轨迹。模拟结果证明SPH-GPU并行计算技术能够应用在风沙流结构的数值模拟研究中。

西部风沙地区强风沙流对高速列车运行带来巨大安全隐患。高速列车的行驶线路一般分为平直地面、路堤及高架桥等,不同线路类型对高速列车气动特性的影响差异明显,尤其在强横风下,列车运行的流场特性更加复杂。为研究风沙环境下不同线路类型对高速列车横风气动特性的影响,采用数值模拟方法对列车运行速度250 km/h,横风风速分别为10,20,30,40,50 m/s,线路结构分别为平直地面、5 m路堤及10 m高架桥等不同工况下的列车气动性能进行仿真对比分析。计算结果表明风沙环境下列车迎风侧正压区域及背风侧负压区域相比无沙环境均增大,其中,头车在平地工况下压力增幅最大,路堤及高架桥工况较小;风沙流中沙粒增加了列车的阻力,随着横风风速增大,头车阻力系数减小,尾车阻力系数增大,中间车阻力系数基本不变,列车侧向力系数均增大;在同一横风风速下,不同...

为明确兰新二线桥梁防风栅的防风效果以及防风栅背风侧流场分布情况,选取兰新二线新疆段桥梁中最具代表性的32 m箱梁结构建模,基于Fluent风沙两相流非定常模型,运用标准κ-ε湍流模型,对风沙环境下高速铁路桥梁及防风栅整体风场分布特征进行定性的模拟分析。结果表明:在设置单侧、双侧防风栅后,会在防风栅背风侧形成一个相对连续的风压减速区;在布置单侧、双侧风栅的情况下,防风栅背风侧距床面0.4 m高位置处风速变化规律基本呈现先减小再增大趋势,且不同高度条件下的风速垂直廓线基本一致,呈先增大后减小再增大的趋势,双侧防风栅背风侧的风速变化始终小于单侧防风栅;在双侧防风栅作用下,随着风速的增加,在距上行线道床面1.2 m以上至防风栅自身高度区间内风速变化保持稳定;防风栅在一定程度上会加剧桥梁轨道线路上方的积沙。