采用数值模拟方法,在明线及横风环境运行条件下,对城际列车安装裙板或设备舱后车底设备的气动性能进行分析。研究结果表明:明线条件下,安装裙板后整车阻力下降7.48%,而采用设备舱结构整车阻力下降10.51%;横风条件下,安装裙板后减少了车底设备的气动阻力,但各节车侧向力增加2%～8%;采用设备舱结构各车阻力下降39.22%,23.52%,30.02%和43.70%,头车侧向力急剧变化,增加了61.76%,列车行驶安全性下降。本文为城际列车的外形优化提供参考依据。

随着列车速度不断提高,转向架对整车气动阻力的影响越来越大,也是研究轮轨关系及地面效应的基础。采用数值计算方法对有无转向架列车不同运行速度和横风风速下的气动特性进行了数值计算,研究了转向架对列车气动特性的影响。研究结果表明:当无横风时,有无转向架列车受到的气动阻力和升力均近似与列车运行速度的平方成正比,而转向架受到的空气阻力约占总阻力的25%,且随着列车速度的增加而增加,但增加幅度较小;横风对列车的气动阻力、气动升力、侧向力影响都很大,且相同横风下,考虑转向架时列车的气动阻力约为不考虑时的1.7倍。

位于大气边界层中的建筑结构受到非定常的风速影响会导致其结构破坏。为研究该现象,在风洞实验室中恰当地模拟大气边界层环境,不但要实现稳定风速的模拟,而且变动风速也要满足一定要求,即是阵风谱(Gustspectrum)的模拟。旨在通过分析影响风洞实验段风速的因素,采用改变动力段对电机输入的功率来实现要求的阵风谱,并在实际风洞中进行验证。结合流体力学原理,通过对空气以及动力系统进行分析来建立守恒方程,应用Matlab软件进行数值计算。模拟出在风速达到稳定后,输入正弦电压得到实验段的风速。模拟结果表明,在实验段风速呈现正弦曲线,经快速傅里叶分析与电压频率一致。经试验验证后与模拟结果吻合,振幅与风洞对应输入功率所标定的风速一致,故可用该方法模拟产生规定阵风谱下的非定常风。

采用数值模拟和实验研究相结合的方法，研究阀芯行程对角座阀流量特性的影响。将阀芯行程为10 mm和14 mm时阀内介质流量的测试数据和数值计算结果进行对比，验证了数值模拟的准确性。在此基础上，对不同行程条件下阀内的速度场、压力场和流动旋涡进行分析。结果表明：随着阀芯行程的增加，阀门出口处的低压区域逐渐向下游移动，阀内的高流速区域更集中，流动旋涡更规则；因此，在较大的行程条件下，阀内介质的流动稳定性更好，流动阻力更小，具有更高的流量系数；在阀芯弹簧受力允许的条件下，应尽可能增加阀芯行程，提高阀门流通能力。

为改进已有的弯叶片旋涡泵利用workbench平台对原模型建立了优化设计模型。叶型的参数化建模基于5点控制的B样条曲线设计由6个设计参数同时控制。首先进行了设计参数对旋涡泵的外特性参数功率、效率、扬程的相关性分析结果表明叶片进口角和出口角对外特性影响较大;进一步以叶片进出口角为自变量采用面心立方的中心复合设计法设计了9个试验点拟合出的3个响应面均具有较高拟合度;通过设置约束条件和优化目标在响应面上的100个样本点中选取了3个优化点其中优化点1扬程提高最多较原型扬程上升了45.80%优化点3效率提高最多效率提高了5.60%。

为了提高燃气轮机叶片内部对流冷却采用脉动蒸汽流取代稳态蒸汽流作为内冷介质。利用数值计算方法研究脉动蒸汽流在矩形带肋通道中的强化换热能力。通过与稳态蒸汽流的对比分析了非稳态脉动流的脉动频率、脉动幅值和雷诺数对换热效果的影响。计算结果表明脉动流对换热的影响取决于流体压力梯度的大小当脉动的蒸汽处于逆压梯度区间逆压梯度越大瞬态换热更强。而顺压梯度有稳定流体的作用在顺压梯度时间区间有瞬时的换热甚至低于稳态流体冷却的情况出现。

采用计算流体动力学方法研究阀杆倾角对角座阀流量特性的影响。分别采用数值模拟和实验测试获得了在不同阀门进出口压差条件下阀杆倾角为45°55°和60°时阀内介质体积流量对比验证了数值计算的准确性。在此基础上对不同阀杆倾角条件下阀内的流场和阀门的通流能力进行分析。结果表明阀内的最高流速及速度场分布对阀门的通流能力具有重要影响:当阀杆倾角为45°时阀内介质的流速最高流量系数最大流阻系数最小;阀杆倾角处于45°~60°范围时随着角度的增加角座阀的流量系数随之降低流阻系数相应增加。对于该流道结构的角座阀阀杆倾角推荐采用45°~50°的设计范围。

本文在液压圆锥阀CAD设计的基础上,利用PHOENICS计算流体力学软件对液压圆锥阀的流量系数进行了计算,并与实验结果进行了对比,证明本文所用方法是可行的,而且有助于液压阀的优化设计.

弹性矩形密封圈广泛应用于工业和航空液压设备中，其密封性能对主机的工作性能和效率有很大影响。矩形密封圈动态密封机理是由流体膜承载保持密封和润滑，其控制方程是简化的雷诺方程。密封性能参数计算一般是根据膜压和流速分布用逆解法求解，但需要动态实验获得膜压分布曲线。本文基于有限差分法对矩形密封圈的动态密封方程进行离散化处理，建立了耦合弹性场、流体场和过盈接触的矩形密封圈密封性能数值计算流程图，采用MATLAB软件编程，用顺解法对矩形密封圈的油膜厚度和泄漏量等密封性能进行了数值计算，并用图形直观表达计算结果，简化了弹性密封圈的数值计算过程。

以液压缓冲滑车碰撞试验装置为研究对象,应用有关力学和流体力学理论,对碰撞过程中滑车和液压缸活塞的受力、运动以及液压缸的压力变化进行了分析。根据能量守恒原理,构建了滑车碰撞过程的力学模型和能量守恒模型,采用离散求解方法,对所建立的模型实现了数值求解。针对某一具体算例,深入研究了滑车质量、初始碰撞速度、阻尼孔直径等参数对碰撞过程的性能影响,得到了一系列规律性的曲线。结果表明:滑车的加速度随初始碰撞速度、阻尼孔长度增大而增大,随滑车质量、阻尼孔间距的增大而减小;碰撞过程中,滑车质量越大,滑车速度降低得越慢;阻尼孔长度越大、阻尼孔直径越小,速度变化得越快;滑车位移随滑车质量、初始碰撞速度、阻尼孔间距、阻尼孔直径的增大而增大,随阻尼孔长度的增大而减小。