内置开孔隔墙的高速铁路隧道压力波数值模拟方法

基于一维可压缩非定常不等熵流动模型、薄壁孔口出流模型以及广义黎曼变量特征线法,发展了单列车通过内置开孔隔墙隧道的压力波数值分析方法.与国外试验结果比较验证本文建立的计算方法的正确合理性基础上,通过对不同开孔率的计算得出采用过大的开孔率将导致一维流动模型计算时出现较大的数值振荡,分析了计算结果震荡可能的—维流动模型适用性的原因.同时,通过对隔墙中开孔和不开孔的模拟计算,得出隔墙开孔可较大幅度的减缓压力波,为今后研究和隧道内设置开孔隔墙提供了有益的启示.     

高速列车进入带缓冲结构隧道的压力变化研究(Ⅰ)

给出了列车穿越带有缓冲结构的隧道压力变化的三维粘性流场数值模拟过程,控制方程为三维粘性、可压缩、非定常流的N-S方程,空间离散采用了中心有限体积法格式,时间采用预处理二阶精度多步后差分格式进行离散,对列车与隧道之间的相对运动采用移动网格技术处理。对不同的缓冲结构缓解隧道内瞬变压力及压力梯度的作用进行了研究。研究结果表明,缓冲结构的设置能够有效地降低隧道内的压力和压力梯度的最大值,其原因在于缓冲结构延长了压缩波压力上升的时间,降低列车突入隧道时所形成的最大压力梯度;另一方面由于压缩波在缓冲结构和列车、隧道之间多次的反射,也降低了压力峰值。     

高速列车进入带缓冲结构隧道的压力变化研究（I）

给出了列车穿越带有缓冲结构的隧道压力变化的三维粘性流场数值模拟过程，控制方程为三维粘性、可压缩、非定常流的N．S方程，空间离散采用了中心有限体积法格式，时间采用预处理二阶精度多步后差分格式进行离散，对列车与隧道之间的相对运动采用移动网格技术处理。对不同的缓冲结构缓解隧道内瞬变压力及压力梯度的作用进行了研究。研究结果表明，缓冲结构的设置能够有效地降低隧道内的压力和压力梯度的最大值，其原因在于缓冲结构延长了压缩波压力上升的时间，降低列车突入隧道时所形成的最大压力梯度；另一方面由于压缩波在缓冲结构和列车、隧道之间多次的反射，也降低了压力峰值。     

扩大斜切式缓冲结构对时速400km铁路隧道口微气压波缓解研究

针对时速400?km高铁隧道口的微气压波研究,建立了基于三维可压缩非定常N?S方程和RNG?k-ε?双方程湍流模型的数值模拟方法,并通过动模型试验对计算方法进行了验证.文中分析了隧道长度、缓冲结构(带斜切的扩大段)长度和缓冲结构开孔数对微气压波的影响.研究结果表明:在一定隧道长度内,微气压波幅值随着隧道长度的增加逐渐增大;隧道口设置带斜切(30°)的等截面扩大段缓冲结构能有效缓解微气压波幅值,且随着缓冲结构的长度增加,微气压波幅值的缓解率先增大后减小,其中缓冲结构长88.56?m时缓解效果最佳,缓解率可达59.2％;该缓冲结构开孔后能进一步缓解微气压波幅值,缓冲结构开2个孔时的缓解效果最佳,缓解率可达70.9％.本文提出的缓冲结构能使得5?km及以下长度隧道的微气压波幅值达到国家规定标准,研究成果对时速400?km/h高速铁路隧道口缓冲结构的设计具有参考价值.     

斜切式洞门缓冲结构开口率的优化分析

采用数值分析方法中的动网格技术,对高速列车在突入顶部开口的斜切式洞门隧道的空气动力学问题进行了三维数值模拟。计算结果的分析表明:顶部开口的斜切式洞门缓冲结构降低首波压力峰值的效果不明显,降低压力梯度的效果明显,并且降低压力梯度的效果与速度有一定关系,在确定速度下,存在最优开口率。     

高速列车隧道进口波基本特性数值研究北大核心CSCD

采用有限体积方法和任意滑移界面动网格技术的CFD方法,对CRH380A高速列车和我国隧道条件下进口波基本特性进行了数值模拟研究。采用PISO算法和SSTk-ω高雷诺数湍流模型求解高速列车通过隧道引起的三维可压缩非定常的空气湍流流动。为避免数值计算产生不合理的物理现象,应用了光滑启动技术。通过与日本有关试验数据和数值模拟结果的对比研究,验证了本文数值方法的正确性。在此基础上,以CRH380A高速列车为例,分析了高速列车引起近场和远场的压力波动特性及其与进口波的区别,得出了进口波具有朝向列车前进方向的指向性,归纳出其幅值与列车速度的三次方成正比的关系。频谱分析表明隧道进口波的主频小于7Hz,频谱幅值和声压级离隧道端口越远则越小,高速列车头尾部流线型较好时进口波对外部环境的影响较小。     

高速列车隧道进口波基本特性数值研究

采用有限体积方法和任意滑移界面动网格技术的CFD方法,对CRH380A高速列车和我国隧道条件下进口波基本特性进行了数值模拟研究。采用PISO算法和SSTk-ω高雷诺数湍流模型求解高速列车通过隧道引起的三维可压缩非定常的空气湍流流动。为避免数值计算产生不合理的物理现象,应用了光滑启动技术。通过与日本有关试验数据和数值模拟结果的对比研究,验证了本文数值方法的正确性。在此基础上,以CRH380A高速列车为例,分析了高速列车引起近场和远场的压力波动特性及其与进口波的区别,得出了进口波具有朝向列车前进方向的指向性,归纳出其幅值与列车速度的三次方成正比的关系。频谱分析表明隧道进口波的主频小于7Hz,频谱幅值和声压级离隧道端口越远则越小,高速列车头尾部流线型较好时进口波对外部环境的影响较小。     

燃气涡轮发动机压缩系统稳定性数值模拟的研究

论发展了一种预测航空燃气涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的数学物理模型。其中压缩系统流动过程的动态模型采用基于平行压气机理论的准一维时间相关模型方程；叶片排对流动过程的影响则应用“激盘－滞后－容积”模型；压缩系统稳定性模型则采用了对整个压缩系统统一判别的方式。计算过程与发动机非设计性能计算相关联，使得压缩系统稳定性分析在真实的发动机运行环境（调节规律）下进行。在均匀进气条件下应用这种方法，对一台九级压气机的涡轮喷气发动机和一台三级低压风扇、五级高压压气机的低涵道比、混合排气、带加力的涡轮风扇发动机在均匀进气和畸变进气条件下的稳定工作边界，分别进行了数值模拟和分析。结果表明，发展的数学物理模型和计算机软件系统可以正确的反映发动机压缩系统的工作状况，用它判别发动机不稳定工作点的重复性和灵敏度都比较好。     

二次空气系统盘腔一维非定常计算方法

通过对盘腔结构的一维算法展开研究,提出适用于具有非标准结构、包含多个进出口的复杂盘腔的一维建模规则,并采用特征线法,实现盘腔结构的一维非定常流动与换热的计算,通过将广义的变截面、有摩擦、考虑对外热交换的盘腔一维可压缩非定常流动与换热的偏微分方程组转换为常微分方程组,进而获得盘腔内部沿流动方向压力、流量、温度等系统参数的特征线数值解,采用商业计算流体软件CFX对其进行验证.结果表明:所提出的盘腔建模与计算规则能够直观且准确地描述盘腔一维非定常流动及换热特征,仿真结果与CFX计算结果最大偏差约为9.4%,可应用于具有非标准结构的多接口复杂盘腔的模拟,可以作为二次空气系统盘腔结构一维非定常计算研究的有效手段.      

降低气动效应综合措施的实验研究

中国正在大力发展城际高速铁路运输,而在线路中有隧道时,列车进出隧道所产生的微压波问题已经成为限制高速铁路安全、环保、健康发展的障碍。大量研究表明：隧道出口的微压波强度与压缩波的压力梯度成正比,可以通过分析压缩波的压力梯度变化来评价降低微压波的效果。采用模型试验方法,对缓冲设施、减压竖井降低压缩波峰值和压力梯度峰值的效果进行了测试分析。实验结果表明：减压竖井降低首波压力峰值、压力梯度峰值效果明显;洞口缓冲设施降低首波压力峰值的效果不明显,降低压力梯度峰值效果明显,并且降低压力梯度的效果与速度相关。     

隧道空气动力学实车试验研究

为了指导既有线200km/h提速技术改造,为第六次大提速的顺利实施提供经验.2005年5月至6月在遂渝线的太和至北碚北路段进行了200km/h提速综合试验,隧道空气动力学是其中的重要测试内容之一.利用地面和车载测试系统,对列车车体表面、车厢内部、隧道壁面空气压力变化、隧道内列车风、隧道口微气压波和隧道壁面振动加速度等参数进行测试.测试结果表明:测点压力变化幅值与列车运行速度的1.7～2.4次方成正比,具体取值与车型和测点位置有关;隧道内列车风风速与列车运行速度成线性关系;隧道口微气压波幅值近似与列车运行速度的三次方成正比、与测点距隧道口距离成反比.列车以200km/h速度过隧道时,车厢内3s最大压力变化幅值为1875Pa,车厢内43%的人有明显耳痛感,显然英国标准(3000Pa/3s)过于宽松;200km/h速度下引起的列车风风速为14.8m/s,超过了人体安全风速值(14m/s),建议列车运行期间,不进行隧道作业.     

非对称来流隔离段流动特性研究

1引言隔离段是超燃冲压发动机的一个重要气动部件,在进气道与燃烧室之间构建一气动热力缓冲区域,为进气道提供一个较宽的连续工作范围。通常超燃冲压发动机位于高超声速飞行器下表面的中后部,这样自由来流需要经过一段较长的前体后进入进气道,这就造成进气道进口靠近机体一侧存     

非均匀超声来流二维压缩面的优化设计

通过数值分析和风洞实验,研究在非均匀来流条件下,单级斜板型面变化对下游流场的影响。研究结果表明,小进口角,大出口角之凹型面具有较高的总压恢复。但是,曲壁面对降低出口处之静压畸变不利。折衷的选择为：以凹型面作为斜板的前段,其后续一平直段,以达到提高总压恢复,保持较低总静压畸变之目的。     

高速列车进入隧道空气动力学模型实验分析

高速列车在进出隧道时,会产生一系列气动效应,引起噪声及车厢内压力变化,对乘客及环境造成损害.实验测试和数值模拟是研究这一问题的有效方法.本文利用这两种方法对高速列车在进入隧道过程中,压力的变化情况进行了计算和测试.从得到的结果可以看出,它们能够起到相互补充,互相印证的目的.通过对结果的分析,也得出压力波产生、变化的一些规律.     

翼型风洞侧壁干扰的数值模拟研究

运用Navier-Stokes数值模拟对翼型模拟试验对风洞侧壁干扰进行模拟，将简单代数湍流模型扩展用于机翼／风洞侧壁结合区流动，分析了风洞实验侧壁干扰问题的形成机理和影响翼型实验侧壁干扰的各种因素，如翼型展长、风洞侧壁边界层厚度及侧壁边界层抽吸等，对实验结果的影响，得出了一些有用的结论。计算格式空间采用中心有限体积离散，时间采用多步Runge-Kutta时间步长格式进行积分。计算结果证明了该方法的可行性和优越性。     

马赫数4二维直管内拟似冲击波实验和数值研究

通过计算流体力学数值仿真和高速彩色纹影照片显示技术对马赫数4拟似冲击波进行研究。实验是在日本室兰工业大学的压力—真空型超声速风洞中进行的。数值计算是采用三阶精度的QUICK格式和Spalart-Allmaras湍流模型进行的。用实验验证CFD模型,计算结果与实验显示出较好的一致性。可以得出结论,从目前的CFD模型获得的计算结果是精确的。因而,实验很难获得的拟似冲击波流场内部一些流动量可以通过数值仿真结果进行分析。另外,推测了马赫数4拟似冲击波非对称的原因。