为研究长大编组情况下高速列车的空气动力学性能,基于Navier-Stokes方程及标准k-ε湍流模型建立高速列车空气动力学计算模型,计算两列8车编组重联及16车编组情况下的高速列车空气动力学性能。数值计算结果表明,在重联区域,8车流线型处的流动分离直接作用于9车,影响了两车的气动阻力分布,8车阻力系数为0.094,9车阻力系数为0.145,8车编组重联整车气动阻力较16车编组增大0.060。重联编组下,向上升力最大的是8车,升力系数为0.073,向下升力最大的是头车,升力系数为-0.101。对于16车编组,向上升力最大的是尾车,其升力系数为0.054,向下升力最大的为头车,其升力系数为-0.088。研究结果对长编组高速列车气动性能优化具有参考意义。

针对铁路单层集装箱表面结构单一、气动阻力特性差等问题,本文设计了适用于集装箱的三角形、梯形、弧形和矩形表面形式沟槽结构.利用ANSYS Fluent软件,采用基于Realized k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对比了4种不同表面形式沟槽的集装箱列车模型的气动阻力,结果表明明线情况下,弧形沟槽结构集装箱列车气动阻力最小;不同表面形式沟槽结构的集装箱列车所受的气动阻力差异主要来自于集装箱;集装箱的压差阻力贡献了主要的气动阻力,弧形沟槽结构集装箱压差阻力最小,而摩擦阻力最大.

以180~300 km超低轨卫星为研究对象,采用自由分子流模拟方法中可准确模拟三维复杂外形的直接模拟蒙特卡洛(DSMC)法研究了典型外形的气动阻力特性.通过不同速度率条件下圆球和平板的理论阻力系数及不同速度率下70°钝体外形的气动实验数据与DSMC计算结果的比较,验证了三维DSMC方法对外形和网格的适应性.针对几类典型的卫星外形的阻力特性进行了计算比较,得出压差阻力、剪切阻力、总阻力及无量纲阻力系数随高度和外形的变化特性.超低轨卫星通过外形的优化设计可降低阻力约10%,能够有效改善其在轨运行特性,且可降低对卫星自身相关系统的设计需求.

为研究川藏铁路线路坡度对长大隧道内运行动车组气动性能的影响,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对列车通过不同坡度的长大隧道气动性能进行数值计算,分析了线路坡度对列车通过隧道时气动阻力及压力波的影响。研究结果表明上坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈减小趋势;下坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈增大趋势;列车上坡通过隧道时平均阻力明显大于相同坡度下坡时的平均阻力;上坡通过隧道时气动阻力最小值出现在列车车头驶入隧道时刻,气动阻力最大值出现在车尾驶入隧道诱发的膨胀波传至车头时刻;平直坡道通过隧道的列车气动阻力在一定时间段维持恒定,而上下坡通过隧道的列车气动阻力达到最大值后一直呈减小趋势。

为研究带侧翼式扩散器对汽车气动特性的影响,将其安装在CAERI Aero Model标准模型上,采用计算流体动力学(CFD)软件对不同扩散器安装角度下车辆的气动阻力和升力进行仿真,并与安装普通直板式扩散器进行对比,其中直板式扩散器某一安装角度的仿真结果通过了风洞试验的验证,以确认仿真的可靠性。仿真结果表明,带侧翼式扩散器能改变车辆底部和尾部涡结构的分布,与直板式扩散器相比,带侧翼式扩散器在不同安装角度下均能有效降低车辆的气动升力,在安装角度α=10.5°时,气动升力降低最大,达38.1%。带侧翼式扩散器能在气动阻力略为增大的条件下大幅减小气动升力,有效提升车辆的气动行驶稳定性和安全性。

随着日益突出的环境问题和能源短缺,新能源汽车特别是纯电动汽车逐渐占据越来越多的市场,早期的电动汽车考虑到成本原因大多是沿用的汽油车的车身造型,这导致了一系列诸如气动阻力高,市场竞争力弱等问题。而有针对性地对车身造型进行全新的设计以适应新能源汽车的特点则是提升汽车能源效率的关键点之一。本文先是对新能源汽车市场现状和汽车的空气动力学做了简要概括,列举了现阶段主要的车身造型和一些由于车身造型设计缺陷容易出现的问题,接着提出车身外形仿真优化的一般步骤,最后提出新能源汽车造型设计的主要方向以及每个设计方向的主要特点,主要以气动阻力和升力为评价指标来判断每个设计的优缺点,为以后的车身设计提供一定的经验。

采用基于SST k-ω双方程的IDDES湍流模型,在高速磁浮列车流线型部位设置不同形态的仿生球体结构,对其减阻性能进行瞬态模拟。研究结果表明仿生球体结构不仅可以有效降低尾流流速,削弱尾流的整体强度,而且能够约束尾涡的发展,减小尾涡的辐射范围;球体结构减小了尾车流动分离位置处的高速流区面积,并有效延缓了湍流的猝发性,使得湍流强度降低,边界层厚度变窄;仿生球体结构对列车风产生一种吸附作用,使得高速区被集中在距离尾车鼻尖更近的部位,尾流的流速波动变小;球体形态差异对流场结构的影响较大,与凸包形态的球体结构相比,凹坑形态的球体结构对尾流强度的削弱作用更显著,对流动分离位置边界层的作用效果更好,对列车风的吸附能力更强;凸包形态和凹坑形态的仿生球体结构可分别减小7.64%和14.58%的尾车气动阻力,但会分别增大2.33%和1.16%的...

由于飞机前起落架与主起落架收放方向不同导致前起落架更容易受气动阻力影响而产生收放不到位等故障。对此利用AMEsim对某型飞机前起落架进行建模仿真,并通过建立起落架机械模型完成作动筒受力分析,将一些单一因素和混合因素分别注入到模型中对起落架收放性能进行仿真实验。实验结果表明,单一因素中油泵泄漏、作动筒限流阀阻塞、作动筒内漏对系统性能影响较大,同时两个单一且无法引发起落架故障的因素,其叠加形成的混合因素却能引发起落架故障。仿真结果可用于指导起落架收放系统参数设计、故障分析及健康管理。

为减少高速磁浮列车运行时气动阻力,降低列车能耗,开展高速磁浮列车表面微结构气动减阻仿真研究。以国内某型高速磁浮列车为研究对象,建立头车+尾车两编组仿真模型,采用瞬态SST K-Omega IDDES湍流模型开展凹球状微结构对列车气动阻力影响仿真研究。仿真结果表明在列车尾车流线型顶部区域加设凹球状微结构可降低列车整车压差阻力达12.3%,降低列车整车气动阻力3.2%。此外随着凹球状微结构沿流线型表面布置长度增加,气动阻力逐渐降低,布置长度为0.6倍流线型长度时,减阻比例达到7.6%。采用凹球状微结构来改变湍流流动特性是降低列车气动阻力的有效途径。

未来磁浮交通要实现全国范围内大跨度、长距离运输,必须要适应和满足不同环境要素带来的动态影响。我国幅员辽阔,气候环境复杂多变,为了探明环境温度变化对高速磁悬浮列车气动特性影响,采用基于SST k-ω湍流模型的数值计算方法,研究环境温度在−50~50℃区间的列车明线单车运行气动特性。研究结果表明随着环境温度的升高,列车气动压差阻力和黏性阻力均减小;由于温度升高带来的密度减小、黏性增大效应对压差阻力的影响程度大于对黏性阻力的影响;列车气动升力亦随着环境温度的升高而减小,头、尾车气动升力对环境温度改变更为敏感。从高寒−50℃增加到高温50℃,列车气动阻力和升力变化幅度达到27%和28%。列车运行速度的提高使得环境温度对列车气动阻力和升力的影响程度越大,运行速度从250 km/h增加到350 km/h时,−50℃下的列车气动阻力和升力...