建立了以CRH3系列某型高速列车为原型的空气动力学数值模型,研究了桥梁防护墙及其结构参数对高速列车气动特性的影响.结果表明:由于防护墙的存在,使得空气在防护墙处形成绕流,同时在防护墙外壁侧形成了涡旋,涡旋不断向后发展、增大,并在中间车的后转向架与尾车的前转向架处出现耗散、脱落以及新涡旋生成的现象.绕流与涡旋的作用导致整车升力平均下降了39.25%,升力减小;并且随着防护墙高度的升高,同样导致了整车升力的减小,升力平均降低了43.77%.

在风雨条件下列车运行时受到的阻力、升力和倾覆力矩等气动载荷将明显提高,分别采用均匀雨相模型和Gamma谱模型模拟降雨环境,对高速列车的气动特性进行数值模拟.结果表明:在均匀雨相模型条件下,由于横风的加入,降雨强度为100 mm/h时列车受到的阻力比无雨工况时增大了11. 8%,横向力增大了5. 2%;而采用Gamma谱模型在降雨强度为100 mm/h时列车受到的阻力比无雨工况时仅增大了5. 8%,横向力增大了1. 6%.相比Gamma谱模型,列车在均匀雨相模型下运行时的气动力和气动力矩明显偏大;在Gamma谱降雨模型条件下,列车速度变化对列车气动特性影响较大;由于列车头部流场变化较为复杂,头车气动特性变化最大,尾车次之,中间车最小.

建立了风屏障在突变风与列车风耦合作用下的三维仿真模型,分别研究了透风率为30%的风屏障在横风、突变风及车致脉动风耦合作用的气动响应,分析了其表面的气动压力分布特征及原因.结果表明,风屏障受到横风与车致脉动风耦合作用时,车致脉动风产生的压力对风屏障起主要作用,横风作用减小了风屏障所受头波的正压峰值,增大了其尾波的负压峰值.当风屏障在受到突变风(风速平均值13.8 m/s)与车致脉动风耦合作用时,风屏障所受的压力比横风(风速13.8 m/s)作用下大得多,情况复杂也得多,风屏障所受的头波正压峰值扩大了9.7倍,尾波负压峰值扩大了2.4倍,气动压力变化率增大了2.5倍,持续作用时间增大了2.4倍.

为了保证高速列车在大风环境下路堑中行驶的安全,建立了高速列车—路堑耦合的气动仿真模型,研究了不同风场环境下路堑深度对列车气动性能的影响.研究表明高速列车的气动特性随着风载荷的突变,气动特性的变化情况复杂.横风环境下,路堑深度的增加有利于降低列车气动力,而在突变风环境下,突变风作用下列车的气动力随风速变化情况更为复杂.当路堑深度为变量时,列车的气动力整体上随着路堑深度增大而降低,深路堑相较于浅路堑升力峰值减小51%,横向力减小52%,侧滚力矩减小97%,摇头力矩减小92%,6 s以后风载荷的影响出现滞后现象.同一路堑深度下,与横风作用下的结果相比,风载荷发生突变对高速列车气动特性影响大得多,列车的气动力及力矩峰值波动25%以上.

分别建立大风区平地路段和路堤路段CR400型停留动车组的数值模型，进行60 m·s-1极限环境风速下动车组气动力特性的数值分析。基于动车组坡道停留受力模型，考虑空气升力对动车组纵向气动力的影响，计算空载和定员工况下动车组停放制动正常或失效时的起动阻力、停放制动力和所需防溜力，并制定相应的防溜措施。结果表明:风向角为0°~20°时，路堤路段上的停留动车组纵向气动力大于平地路段约3 kN，而风向角为20°~90°时，小于平地路段约5 kN;考虑空气升力时的防溜力，小于不考虑空气升力时的防溜力;在线路坡度为22‰、环境风速为60 m·s-1的最不利条件下，动车组停留在2种路段上，仅需要在头车和尾车各设置2个铁鞋即可满足防溜需求;风向角逐渐增大，动车组制动所需铁鞋数量减少，当达到70°~90°时，路堤路段上停留动车组空载工况下仅需要在...

建立长路堑路段高速动车组运行模型，通过数值模拟得到不同工况下动车组气动力，分析强横风环境下路堑结构对动车组气动特性的影响.研究表明:不同路堑结构中气动阻力均随风速和车速增大而增大，深路堑中动车组气动阻力约为浅路堑的2~2.5倍;在3m深度的浅路堑结构中，动车组所受升力为正值，升力和横向力均随横风风速增大而增大;而在10m深度的深路堑结构中，动车组所受升力为负值，升力随横风风速增大而增大，横向力随风速增大而减小;分析车速对气动力的影响:在浅路堑结构中，除阻力外，列车车速对其他气动力影响较小;在深路堑中，动车组气动力大小均随车速增大而增大，在相同风速条件下，当风速高于15m/s时，车速每增大50km/h，横向力和倾覆力矩增大约50%.

机匣处理作为一种高效、经济的扩稳技术，越来越多的被用以提高压气机的稳定工作裕度。为了研究机匣处理对离心压气机多工况性能的影响，本文对3种进气回流机匣结构的压气机模型和无机匣处理的实壁压气机模型分别进行了数值仿真分析。数值计算结果与最优模型的试验结果吻合较好，比较准确的预测了喘振边界的位置，验证了计算方法的可靠性。结果表明，只有结构合理的进气回流机匣处理才能在各个转速下均显著扩大压气机小流量的稳定工作范围，其中机匣处理的开槽位置和前置导流挡板对其性能有着重要影响。

为分析叶轮和扩压器耦合作用下的压气机内部流场，在级环境下对Z305增压器离心压气机进行了数值研究，结果表明该压气机的工作范围较狭窄和整级效率较低的原因在于叶轮出口段到扩压器进口处都存在较大的涡流区。通过减少扩压器叶片数和缩短叶片尾缘的长度，改善了叶轮和扩压器的耦合关系，使得压气机工作范围和在多工况下的效率和压比等性能参数都明显提高。

在高转速下跨声速离心压气机往往暴露出流量范围过窄的问题，难以满足变工况增压柴油机对宽广流量范围的需求。通过数值分析研究了抽吸环槽子午轴向位置对压气机性能的影响。结果表明，压气机对开槽位置比较敏感，在高转速下只有适当的开槽位置才能有效带走堆积在分流叶片前缘上游附近的低能流体，最大程度改善其内部流动，拓宽其流量范围。采用优化后的机匣处理结构后，压气机的稳定工作范围由11．86％拓宽到15．83％。

对比分析了带实壁机匣与带处理机匣的压气机模型在多工况下的气动性能，结果表明，在不同转速下，处理机匣结构都具有不同程度的扩稳作用，但同时也造成绝热效率有所降低，而且峰值效率损失随着转速增大而加剧；处理机匣前后槽口与叶顶通道形成的回流运动可有效地削弱激波与间隙泄漏流的强度以及二者的相互作用，有利于改善叶轮通道的气体流通性。