基于纳维-斯托克斯方程和紊流模型,采用有限体积法和移动网格技术,开展某市域快速列车明线气动性能数值仿真与试验研究。研究结果表明,车顶空调导流罩过渡曲面位置利于设置新风入口,车顶空调装置中间位置利于设置空调废排出口;列车交会压力波幅值与车速平方近似成正比,且在相同车体横截面上随高度增加而减小;横风效应使列车压力分布呈现强非对称性,气动阻力明显增加;动模型试验进一步验证了仿真的准确性,为列车良好的气动外形设计和空调系统布置提供指导依据。

采用实车试验方法,通过重复性分析和不确定度分析证明测试方法的重复性和可靠性,研究地铁隧道内的压力波传播机理,分析不同风井条件和车速等级下隧道壁面瞬变压力的分布规律,得到隧道内衬砌和附属设施的压力标准参考值。研究结果表明隧道内压力幅值受列车速度、运行方向和风井条件的影响;隧道壁面压力系数峰峰值与列车速度的平方成正比;进出隧道引起的隧道内最大压力系数峰峰值分别为4.55和4.01;当列车以95 km/h运行时,作用于隧道衬砌及附属设施的最大压力峰峰值为2.01 kPa。与封闭风井相比,开放风井可减少风井位置处的压力变化,显著降低风井区域的初始压缩波压力系数正峰值和循环周期,在AN-5位置(距风井5 m的北侧测点)的初始压缩波压力系数正峰值和循环周期分别降低了78.5%和83.4%;但对于列车前进方向一侧,距风井25~50 m的隧道壁面反而产生...

传统的列车头尾外形优化及车体平顺化气动减阻方式已趋于减阻极限,应用流动控制技术来降低列车表面摩擦阻力成为实现列车气动减阻的重要途径之一。采用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)对高速列车头车车身向外喷射氦气的主动控制减阻技术进行研究,分析喷气速度、喷气部位以及喷气方式对列车气动阻力及周围流场结构的影响。研究结果表明等截面车身顶面喷气时,随着喷气速度提高,减阻效果减弱,当以0.1U(U为来流速度)喷气时,具有最佳气动减阻效果,整车气动减阻率为3.68%,对比各节车在不同喷气速度下摩擦阻力变化,当喷气速度较低时对各节车均有减阻效果,而喷气速度越高,对中间车和尾车的减阻效果越差,甚至产生增阻效果。头车流线型与等截面车身过渡位置和等截面车身顶面分别以0.1U喷气时均降低了列车整车阻力,流线型头部过渡位置顶面喷...

采用RNG k-ε湍流模型模拟列车运行全过程,研究在隧道运行条件下轨道附加板对隧道内压力、列车风速度及列车气动特性的影响规律以及列车对轨道附加板的气动力作用。研究结果表明轨道附加板的存在减小了列车运行时的阻力,但导致隧道以及列车表面压力、隧道内列车风风速均有所增加,分别增加了2.5%,3.1%以及4.0%;当列车通过时,轨道附加板所受最大升力随车速增加而显著增大,当列车速度为400 km/h时,轨道附加板所受升力为5133 N。因此,在设计隧道内轨道附加板时,需要考虑稳定其固定装置,保证轨道附加板在服役期间的安全。

为探明空气动力作用下,高速列车外风挡与车体外表面安装间距对风挡气动特性的影响规律,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均R-S方程和RNG k-ε双方程湍流模型数值算法,对0,10,20和30 mm不同安装间距的三车编组半包式外风挡高速动车组进行数值模拟,列车明线运行速度等级为350 km/h。研究结果表明:安装间距对于风挡受侧向力影响较大,尤其是橡胶弧顶与来流相对的外风挡所受侧向力与安装间距成二次函数关系,安装间距30 mm的外风挡受侧向力最大为785N;安装间距对外风挡所受阻力、升力的影响较小,橡胶弧顶相对的两块外风挡阻力方向相反,外风挡气动升力均为负升力且最大为62N;安装间距导致外风挡表面压力分布呈现规律性变化,将外风挡表面气动压力映射到有限元计算模型上,分析不同安装间距下气动载荷作用对外风挡结构变形与应力的影响。本文研究结果...

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。

为探明时速600 km等级磁悬浮列车高速通过隧道产生的压力脉动对乘员耳感舒适性的影响,提出时速600 km等级磁悬浮单线隧道的有效净空面积。采用三维可压缩黏性流体N-S方程和k-ε双方程湍流模型,研究磁悬浮列车单车通过隧道时,隧道净空面积、隧道长度以及车体动态气密指数等参数对车内外压力变化的影响规律,接着按照交变压力作用下的人体舒适性考核指标,获得了不同气密指数下时速600 km磁悬浮列车单线隧道最优净空面积。研究结果可为高速磁悬浮隧道工程设计提供有力的技术支撑。