为研究风沙耦合作用对高速列车运行状态的影响,基于流体动力学理论建立高速列车空气动力学模型。采用三维、定常、不可压雷诺时均Navier-Stokes方程和标准κ-ε两方程湍流控制模型,模拟计算列车在平地、路堤和桥梁上行驶时的气动特性。沙粒采用欧拉-拉格朗日方法进行离散化处理,气流为连续化处理,这种处理方式与风沙自然状态非常吻合。研究结果表明高速列车在有沙环境下的表面压力远大于无沙环境;列车头车受到的气动阻力最大,且沙粒对头车阻力的影响极为显著,较无沙环境头车阻力增加了(10~12)%;头车受到的倾覆力矩最大,尾车受到的倾覆力矩最小,方向与头车的受力相反;桥梁路况最大正压区相对较大,且列车两侧压力差最大,桥梁迎风侧凹槽处产生漩涡,背风侧产生双回流现象,致使气动性能最差。

风能是可再生能源中发展最快的清洁能源,也是具有大规模开发和商业化发展前景的可再生能源。Asadi等人分析了内转子参数对于双叶片混合式风力机性能的影响;吴友健等人研究了不同湍流模型对风力机叶片翼型气动性能参数计算结果的影响;马林静等人采用CFD软件对两种风力机翼型S825和S827进行数值模拟,研究了不同网格密度、不同湍流模型对风力机翼型的影响;高伟等人发现风力机的几何参数对风力机性能参数的影响;陈福东等采用数值模拟的方法研究雷诺数改善失速特性的影响;Yinran Li等人对风沙环境下风力机翼型的气动特性研究。

在风沙环境下,风力机的气动性能及结构外形都会受到影响。本文针对风沙环境下风力机叶片的气动特性及叶片磨损机理,设计了一种可以通过在风沙环境下变桨控制的叶片。可以根据风沙的大小和风向,来调节合适的旋转角度来减小风沙对叶片的不良影响。可以通过叶片和耐磨钢板之间的配合的设置,能够起到耐风沙的作用,减小风沙对叶片的磨损,延长使用寿命。