缓冲结构渐变开孔率对高速磁浮隧道出口微气压波影响 被引量：1

1

作者 张洁 郭秉筠 +3 位作者 王崟宇 余越 许澳 韩帅 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第5期1912-1922,共11页

列车速度的大幅提升加剧了车-隧耦合气动效应,高速磁浮隧道洞口产生的微气压波强度大幅增大,产生“声爆”现象。因此,当列车速度达到600 km/h及以上时,如何有效降低微气压波成为空气动力学研究人员面临的挑战。开展时速600 km高速磁浮... 列车速度的大幅提升加剧了车-隧耦合气动效应,高速磁浮隧道洞口产生的微气压波强度大幅增大,产生“声爆”现象。因此,当列车速度达到600 km/h及以上时,如何有效降低微气压波成为空气动力学研究人员面临的挑战。开展时速600 km高速磁浮列车通过隧道时产生的微气压波缓解方法研究,在提出的新型渐变开孔-断面扩大型缓冲结构基础上,采用k-ε双方程湍流模型、三维可压缩非定常N-S方程和滑移网格技术,对高速磁浮列车以时速600 km通过2 km的单线隧道进行数值仿真。结合网格无关性以及数值仿真验证,分析4种不同开孔率渐变开孔缓冲结构下初始压缩波的基本特征以及出口处微气压波的变化规律。研究结果表明:当列车驶入渐变开孔-断面扩大型缓冲结构时,由于缓冲结构内部压力大于外部,在压力差的作用下,气流通过透孔流向外部,气流外泄导致在端口处产生的微气压波强度减弱。当渐变开孔-断面扩大型缓冲结构的开孔率分别为7.5%、17.5%和27.5%时,相较于隧道两端口为传统断面扩大型无开孔缓冲结构,隧道出口20 m处的微气压波幅值依次为203.9、148.1和138.0 Pa,分别减缓了51.8%、65.0%和67.4%。随着渐变开孔-断面扩大型缓冲结构开孔率的增加,对于微气压波的缓解效果不断增强,27.5%开孔率下的缓解效果最佳。研究成果可为时速600 km及以上高速磁浮隧道洞口缓冲结构设计提供技术支撑。 展开更多

关键词 开孔率 渐变开孔-断面扩大型缓冲结构 初始压缩波 磁浮列车 微气压波

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湍流脉动风对高速铁路路堑区域积雪分布的影响

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作者 刘操 高广军 +3 位作者 陈光 李小白 张洁 王家斌 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期38-49,共12页

针对铁路路堑区域风吹雪灾害问题,采用改进延迟分离涡湍流模型、合成涡方法及欧拉两相流模型,结合网格动态变形技术,实现路堑区域雪粒堆积外形的时程变化提取,并通过试验验证数值模拟的正确性。在此基础上,模拟分析均匀来流和湍流来流2... 针对铁路路堑区域风吹雪灾害问题,采用改进延迟分离涡湍流模型、合成涡方法及欧拉两相流模型,结合网格动态变形技术,实现路堑区域雪粒堆积外形的时程变化提取,并通过试验验证数值模拟的正确性。在此基础上,模拟分析均匀来流和湍流来流2种工况下路堑内流场结构、摩擦速度分布及积雪轮廓变化规律,研究湍流脉动风对高速铁路路堑区域积雪分布的影响。结果表明:2种来流条件下路堑区域迎风侧边坡积雪质量基本一致,但积雪质量增长速率与积雪分布特性存在较大差异;湍流来流延缓了路堑背风侧边坡区域大尺度涡系到涡对的转换,且在道床与背风侧边坡之间产生较强的侵蚀现象,进而降低了背风侧边坡和道床区域的积雪质量;相比于均匀来流工况,120 min时湍流来流工况下的路堑整体积雪质量降低24.8%,其中背风侧边坡区域积雪质量降低40.2%,道床区域积雪质量降低20.6%,迎风侧边坡区域积雪质量基本一致。 展开更多

关键词 高速铁路 路堑 湍流脉动风 积雪分布 数值模拟

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高速列车设备舱风-雪流试验可复现性探究及防积雪优化

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作者 商雯斐 高广军 +1 位作者 汤鑫 姜琛 《铁道学报》 北大核心 2025年第1期31-37,共7页

为探究风-雪两相流风洞试验对高寒高速列车设备舱内雪粒进入与堆积现象的可复现性和增加滤网密度对设备舱防积雪性能的影响,基于某冰雪风洞试验台对某典型高寒高速列车全尺寸设备舱模型内进雪、积雪进行复现与对比试验研究。复现试验监... 为探究风-雪两相流风洞试验对高寒高速列车设备舱内雪粒进入与堆积现象的可复现性和增加滤网密度对设备舱防积雪性能的影响,基于某冰雪风洞试验台对某典型高寒高速列车全尺寸设备舱模型内进雪、积雪进行复现与对比试验研究。复现试验监控裙板进气格栅处的雪粒子流入及底板表面积雪情况,并与实车情况进行对比。对比试验采集了设备舱进气格栅、转向架牵引电机通风机处的气流流速及设备舱内的积雪分布与质量。试验结果表明:风-雪两相流风洞试验可以良好再现设备舱裙板处雪粒的进入,雪粒在舱内的自然下沉与堆积,积雪层随试验时长增加不断增厚,有效复现全尺寸设备舱内积雪情况;滤网密度增加对设备舱进气格栅及舱内通风机进、出风口处的气流流速影响较小,夏季高温条件下的设备正常进风无影响;在风-雪环境下,滤网密度增加有效缩短进入设备舱的雪粒子纵深迁移运动距离,对雪粒子入舱阻滞作用显著。高密度滤网可降低舱内迎风侧平均积雪厚度55.1%,舱内总积雪量减少66.3%。对裙板格栅滤网进行加密可有效提升设备舱防进雪性能,减少相关设备在冬季低温条件下的故障率。 展开更多

关键词 高速列车 设备舱 全尺寸模型 冰雪风洞 防积雪优化

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60°侧滑角下车地间距对列车气动特性的影响

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作者 董天韵 王家斌 钟睦 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期1198-1209,共12页

采用改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,探讨在60°侧滑角条件下,车地间距减小对简化列车流场与气动力特性的影响。通过网格无关性验证并与风洞试验结果对比,验证计算结果的合理性。研究结果表明:减小车地间距能使列车迎风侧气流在... 采用改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,探讨在60°侧滑角条件下,车地间距减小对简化列车流场与气动力特性的影响。通过网格无关性验证并与风洞试验结果对比,验证计算结果的合理性。研究结果表明:减小车地间距能使列车迎风侧气流在表面分流位置增高,车底分离泡尺度减小,车顶分离涡对车体影响距离增加,背风侧分离涡V1强度增加;车地间距变化对车体不同位置表面压力影响存在差异;车地间距减小主要减小了尾部正阻力系数,而对头部负阻力系数影响较小,导致整体负阻力绝对值随车地间距减小而增加。在本文工况内,随车地间距减小,横向力最大增加7.6%;升力随车地间距减小而减小,减小幅度最大为31.4%。在横向力和升力的综合作用下,模型整体倾覆力矩在车地间距[h0,h1]范围内维持相对稳定,车地间距从h1减小到h2则导致倾覆力矩增大6.2%。 展开更多

关键词 车地间距效应 高速列车 气动特性 数值模拟 横风

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城际动车组永磁直驱转向架区域积雪仿真研究

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作者 姜琛 何龙凤 +3 位作者 李岩松 龙金兰 王家斌 刘明杨 《湖南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期1-13,共13页

为了探究城际动车组永磁直驱转向架区域的积雪结冰问题,基于某城际动车组全尺寸三车模型,采用Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(unsteady Reynoldsaveraged Navier-Stokes,URANS)和离散相模型(discrete phase model,DPM),... 为了探究城际动车组永磁直驱转向架区域的积雪结冰问题,基于某城际动车组全尺寸三车模型,采用Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(unsteady Reynoldsaveraged Navier-Stokes,URANS)和离散相模型(discrete phase model,DPM),在环境温度-30℃及动车运营速度160 km/h的仿真条件下,分别研究了永磁直驱转向架区域与普通转向架区域的风雪运动特性.研究结果表明:永磁直驱转向架与普通转向架相比,转向架区域流场结构复杂度低,气流流动较为顺畅,虽然转向架积雪较多,但去除电机部分积雪后,总的积雪质量减少了23.83%,制动夹钳总的积雪质量比普通转向架模型减少了78.368%.可见,在永磁直驱转向架中,大部分积雪附着在永磁直驱电机的表面,而其他部位,尤其是制动夹钳表面的积雪较少.考虑到电机在运行过程中会发热,这种热效应能够融化表面积雪,使得电机表面的积雪量减少.基于这些特点,采用直驱形式的城际动车组转向架在解决积雪和结冰问题上展现出明显的优势. 展开更多

关键词 城际动车组 永磁直驱 转向架 积雪 数值模拟

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受电弓仿生导流罩对高速列车横风气动特性影响研究 被引量：5

6

作者 张洁 丁艳思 +2 位作者 邓海 韩帅 高广军 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期936-948,共13页

横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全。受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为重要。以鞘翅... 横风作用下高速列车气动横向力和倾覆力矩显著增加,气动性能显著恶化,列车脱轨、倾覆可能性增大,严重影响列车运行安全。受电弓作为高速列车核心的外突部件,直接受到横风的影响,因此改善受电弓区域的横风气动性能显得尤为重要。以鞘翅目生物形态为原型,构建受电弓仿生导流罩几何外形,并以8车编组高速列车为基准,建立4种不同的计算模型:原始模型(模型Ⅰ)、仅受电弓Ⅰ加装导流罩(模型Ⅱ)、仅受电弓Ⅱ加装导流罩(模型Ⅲ)、受电弓Ⅰ和Ⅱ均加装导流罩(模型Ⅳ)。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,分析不同方案下高速列车整车以及受电弓区域的横风气动性能。研究结果表明:安装受电弓导流罩后,气流更为平顺地越过受电弓区域,阻滞效应减小,下游车体顶部和受电弓Ⅱ(升弓)区域的气流速度有所增加,同时造成列车背风侧的流场结构改变。相比原始模型(模型Ⅰ),导流罩模型(模型Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ)均可减小列车气动横向力和倾覆力矩,其中模型Ⅱ和模型Ⅲ的横向力分别减少9.65%、4.18%,倾覆力矩分别减少11.47%、4.37%;受电弓Ⅰ与受电弓Ⅱ均被包裹的模型Ⅳ效果最为显著,8车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少11.39、16.81%。研究成果可为横风环境下新一代高速列车受电弓区域优化设计提供参考。 展开更多

关键词 高速受电弓 仿生导流罩 横风适应性 速度分布

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高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响 被引量：2

7

作者 张洁 黄天祥 +3 位作者 盖杰 韩帅 黄凤仪 高广军 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期465-475,共11页

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基... 在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明:高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度上升而逐渐变小。本研究结果丰富了列车尾部偏置情况下的相关研究,对列车检修以及CR450高速列车设计等具有重要指导意义。 展开更多

关键词 高速列车 尾车偏置 尾部流场 气动性能

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运动边界对冰雪风洞试验段流场特性影响研究 被引量：1

8

作者 高广军 张琰 +3 位作者 刘操 商雯斐 于尧 王家斌 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1320-1333,共14页

轨道列车转向架区域的积雪结冰现象,是关乎列车运行稳定以及行车安全的关键问题。为了解决转向架区域的积雪结冰问题,研建列车转向架积雪结冰风洞以研究原始比例模型转向架区域流场特性。基于SST k-ω的IDDES湍流模型,分析不同运动边界... 轨道列车转向架区域的积雪结冰现象,是关乎列车运行稳定以及行车安全的关键问题。为了解决转向架区域的积雪结冰问题,研建列车转向架积雪结冰风洞以研究原始比例模型转向架区域流场特性。基于SST k-ω的IDDES湍流模型,分析不同运动边界条件下风洞试验段气流流动特性,探索积雪结冰风洞在现有运动边界条件下的流场模拟适应性与差距。通过网格无关性验证和流场校测,验证数值方法能够满足积雪结冰风洞流场的模拟。研究结果表明:静止地面和静止轮对无法近似模拟真实环境下运动地面和旋转轮对的边界条件的流场特性,轨面以上的空间平均速度最高偏大5倍,静止地面和旋转轮对的风洞实际边界与真实边界更接近;静止地面和静止轮对下转向架后侧的空间压强平均负压高于其他工况,车体后端板表面和转向架表面平均负压强偏差较大,静止地面和旋转轮对的表面负压平均偏差9%,转向架轮对表面压强偏差15%;不同工况下的转向架区域的湍流度差别不大,转向架前侧区域的湍流度在静止地面和轮对下整体偏大。综上所述,在不同试验段运动边界条件下,现有积雪结冰风洞中静止地面和旋转轮对边界条件能较好地模拟实际运行状态下的转向架区域流场特性,为后续试验研究转向架区域的流场特性和积雪结冰问题奠定基础。 展开更多

关键词 风洞 转向架 数值仿真 边界条件 IDDES

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脉动风场下二维高速列车/桥梁气动特性研究 被引量：2

9

作者 张洁 余越 +3 位作者 张亮 王璠 许澳 王家斌 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3026-3037,共12页

强脉动环境风加剧高速列车周围流场瞬变特性,进而形成强脉动列车气动载荷,直接危及列车行车安全。当列车在高架桥上运行时,环境风-列车-桥梁耦合条件下的列车气动载荷变化将更为剧烈。因此,采用更加真实的风场边界模拟横风作用下高速列... 强脉动环境风加剧高速列车周围流场瞬变特性,进而形成强脉动列车气动载荷,直接危及列车行车安全。当列车在高架桥上运行时,环境风-列车-桥梁耦合条件下的列车气动载荷变化将更为剧烈。因此,采用更加真实的风场边界模拟横风作用下高速列车在桥梁上运行时的气动特性、明确不同风场特征下的列车周围流动结构特征显得尤为重要。基于大涡模拟方法,研究了恒定均匀风场、指数平均风场以及指数脉动风场(基于谐波合成法并采用Kaimal风速谱密度模型生成风速时程数据)特征作用下二维车体在10 m高桥梁上的横风气动特性。研究结果发现:不同风场特征下,车体周围流场结构、气动性能存在较大差异。对比指数平均风场,恒定均匀风场下车体背风侧产生一对更加充分发展的漩涡结构;车体的侧向力系数减少16.4%,升力系数增加59.7%,倾覆力矩系数降低23.6%,不同速度剖面对应的2种时均风场下,列车的气动特性出现了显著差异。当采用更为真实的指数脉动风场剖面时,车体表面压力分布呈现差异性变化,车体的侧向力系数增加9.0%,升力系数减少13.4%,倾覆力矩系数增加9.5%,可见脉动风场对桥梁上高速列车的横风气动性能具有较显著的影响。研究成果可为风环境下桥上高速列车的行车安全和限速指挥系统提供技术支撑。 展开更多

关键词 脉动风场 气动性能 横风 高速列车 数值仿真

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新型气囊结构对高速列车横风气动性能的影响 被引量：2

10

作者 张洁 许澳 +3 位作者 岳维刚 王哲 黄凤仪 高广军 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1745-1757,共13页

为保障高速列车在大风环境下的行车安全,提出一种安装于列车背风侧、改善列车横风气动性能的新型气囊结构外形,以三车编组高速列车为基准,建立4种不同气囊−列车模型即气囊列车(模型Ⅰ)、增加气囊横向宽度(模型Ⅱ、Ⅲ)、增加气囊垂向宽度... 为保障高速列车在大风环境下的行车安全,提出一种安装于列车背风侧、改善列车横风气动性能的新型气囊结构外形,以三车编组高速列车为基准,建立4种不同气囊−列车模型即气囊列车(模型Ⅰ)、增加气囊横向宽度(模型Ⅱ、Ⅲ)、增加气囊垂向宽度(模型Ⅳ)。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,研究不同气囊模型作用下高速列车横风气动性能。研究结果表明:列车背风侧气囊改变了背风侧车体表面压力分布,列车横向力系数降低、升力系数增大,使得列车倾覆力矩系数减小,高速列车横风气动性能显著提升;随气囊横向宽度增加,列车横向力系数逐渐降低,而升力系数逐渐增大,模型Ⅲ的横风气动性能较优。相较于原始列车模型,模型Ⅲ的横向力系数减小7.09%,升力系数增加12.78%,模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的倾覆力矩系数分别降低8.43%、11.05%、13.15%;改变气囊垂向宽度对高速列车横风气动特性影响较小,模型Ⅳ倾覆力矩系数降低8.78%,与模型Ⅰ的优化效果相近。 展开更多

关键词 高速列车 气囊结构 横风安全

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高速列车转向架底部包覆板气动减阻效果研究

11

作者 李健 曾维毅 +1 位作者 周垚光 谢子豪 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1758-1770,共13页

转向架的复杂机械结构及非流线化外形对高速列车气动性能产生不利影响,优化列车转向架底部流场结构,降低转向架的气动阻力占比,是进一步降低高速列车气动阻力的重要手段。为此,参考现有高速列车转向架结构设计2种转向架底部包覆板,并建... 转向架的复杂机械结构及非流线化外形对高速列车气动性能产生不利影响,优化列车转向架底部流场结构,降低转向架的气动阻力占比,是进一步降低高速列车气动阻力的重要手段。为此,参考现有高速列车转向架结构设计2种转向架底部包覆板,并建立3种转向架包覆方案:方案一为带倾角包覆板+全包围裙板;方案二为平直包覆板+全包围裙板;方案三作为对照组未安装底部包覆板。基于k−ω方程湍流模型,探究不同包覆方案下高速列车气动阻力变化规律,对比分析3种方案对转向架及整车气动阻力、转向架舱内压力分布以及列车底部流动特性的影响,并通过全尺寸转向架风洞试验验证数值仿真的可靠性。研究结果表明:转向架包覆板有效减弱了气流对转向架零部件以及转向架舱后端板的冲击,使得转向架舱内压力分布更均匀,进而降低了转向架气动阻力;方案一和方案二分别使头车阻力系数降低17.3%和22.2%,整车阻力系数降低11.6%和12.9%;与方案二相比,方案一中包覆板两端的倾角能够引导气流进入转向架舱内部,加速舱内的流动循环,有利于牵引电机、轴盘等转向架零部件与外部空气的换热。研究结果可为进一步优化转向架包覆板设计方案、降低列车气动阻力提供参考。 展开更多

关键词 高速列车 包覆结构 转向架 气动减阻 流动结构

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高速列车周围风雪运动特性及转向架区域积雪成因分析 被引量：2

12

作者 王家斌 高广军 +3 位作者 张琰 于尧 李健 商雯斐 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期30-41,共12页

采用基于Realizable k-ε模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究高速列车底部转向架及其腔体区域的严重积雪问题。基于高速列车底部风雪两相流时空运动演化特性进行深入分析,并对转向架区域积雪成因进行归纳总结。研究... 采用基于Realizable k-ε模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究高速列车底部转向架及其腔体区域的严重积雪问题。基于高速列车底部风雪两相流时空运动演化特性进行深入分析,并对转向架区域积雪成因进行归纳总结。研究结果表明:大量雪粒跟随转向架区域剪切层下方的高速气流流出转向架区域,部分雪粒在转向架中间区域和后端板附近跟随上扬气流向上扬起并撞击黏附在转向架和后端板迎风面,并在转向架底面形成大量积雪;仅有少量雪粒在后侧电机和后端板附近向上爬升至转向架上方,在后端板顶部相遇汇聚后在低速气流驱动下游离折返至前端板附近并重新汇入车底流场,悬浮雪粒在重力作用下沉积在转向架顶面,并在转向架上表面形成少量积雪。 展开更多

关键词 高速列车 转向架区域 风雪两相流 数值模拟 冰雪风洞试验 积雪成因

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风阻制动板外形参数对高速列车气动特性影响分析 被引量：1

13

作者 张普阳 乔峰 +5 位作者 王树宾 尹振坤 杨川 张翔 王家斌 高广军 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3481-3492,共12页

随着高速列车运营速度的不断提升,应对更高速列车安全制动及紧急停车问题日益凸显。针对这一问题,就流线型头部及等截面车身位置布置风阻制动板,采用基于SSTk-ω湍流模型的RANS方法研究了风阻制动板高度、开口设计及开口制动板位置、高... 随着高速列车运营速度的不断提升,应对更高速列车安全制动及紧急停车问题日益凸显。针对这一问题,就流线型头部及等截面车身位置布置风阻制动板,采用基于SSTk-ω湍流模型的RANS方法研究了风阻制动板高度、开口设计及开口制动板位置、高度与开口协同等因素对列车气动特性的影响,并通过风阻制动列车风洞试验验证了数值模拟方法的正确性。结果表明风阻制动板影响了列车表面压力分布特性,诱发气流强分离现象。此外,风阻制动板增强了整车压差阻力,进而增强列车气动阻力。增高的风阻制动板会扩大压力分布范围,导致板后回流区分布范围增加,其所受气动阻力得到增加。风阻制动板的开口设计及开口制动板位置的变化带来的影响并不显著,但开口设计能够强化后方增高的风阻制动板所受气动阻力。合理增高制动板对于整车的气动增阻效果最为明显,最大增阻效果为原始高速列车所受气动阻力的422.91%。相比于单纯的开口设计及开口制动板位置的变化,采用开口设计与增高协同布置能够具有较好的气动增阻表现,增阻效果为420.67%。 展开更多

关键词 高速列车 风阻制动 外形参数 气动特性 数值模拟

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非对称升力翼对高速列车横风气动性能的影响 被引量：1

14

作者 李志榕 王哲 +1 位作者 许澳 张洁 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1678-1690,共13页

随着高速列车运行速度的不断提升,横风环境下列车运行安全问题日益凸显。为此,从控制气动升力角度提出一种非对称升力翼结构以期形成抗倾覆力矩,并采用数值模拟方法,对比分析原始车型、全展开升力翼车型和收缩迎风侧升力翼车型的气动载... 随着高速列车运行速度的不断提升,横风环境下列车运行安全问题日益凸显。为此,从控制气动升力角度提出一种非对称升力翼结构以期形成抗倾覆力矩,并采用数值模拟方法,对比分析原始车型、全展开升力翼车型和收缩迎风侧升力翼车型的气动载荷及列车周围流场结构,探究横风环境下该结构对列车横风气动性能的影响。研究结果表明:升力翼对高速列车气动载荷及周围流场影响显著;列车安装升力翼后主要改变了车顶和车体背风侧表面压力分布以及车顶、车体背风侧和尾流区域的速度分布;车体顶部由于受到非对称升力翼压力面影响,在升力翼下方车顶区域形成了低速高压区且向车体背风侧延伸;同时,车体背风侧表面压力升高,在升力翼下游车体背风侧空间区域,由流动分离导致的漩涡结构发生了明显改变;相比于原始车型,收缩迎风侧升力翼车型(模型Ⅱ和模型Ⅲ)均可减小列车横向力和倾覆力矩;模型Ⅲ效果最显著,3车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少13.19%和11.86%。 展开更多

关键词 高速列车 升力翼 非对称布置 抗倾覆性能

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运动边界对高寒动车组转向架区域风雪运动的影响

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作者 王家斌 刘浩源 +3 位作者 刘操 商雯斐 张琰 高广军 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1665-1677,共13页

采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)探究运动边界对高速列车底部风雪运动规律及转向架区域积雪分布的影响。研究结果表明:地面的运动有效缓解了转向架底部气流的流向动能衰弱效应,显著增加... 采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)探究运动边界对高速列车底部风雪运动规律及转向架区域积雪分布的影响。研究结果表明:地面的运动有效缓解了转向架底部气流的流向动能衰弱效应,显著增加了转向架2区域的流向速度分布,并影响了雪粒垂向速度分布,致使转向架1区域的表面积雪质量降低33.6%,转向架2区域的表面积雪质量增加20.1%;列车轮对的旋转未影响转向架底面积雪分布,但轮对旋转使后端板周围雪粒垂向速度大幅增加,进而增加了转向架上表面的积雪分布;相较于旋转轮对,在轮对静止条件下,牵引电机、齿轮箱、构架和后端板表面积雪质量分别降低1.5%、2.9%、3.4%和6.4%,转向架2区域的表面积雪总质量整体降低3.2%,因此,在高速列车转向架区域积雪的数值仿真和风洞试验研究中,要尽可能地实现转向架、地面和轮对之间的相对运动。 展开更多

关键词 高速列车 转向架区域 风雪流 运动边界 数值模拟

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汽车-动力两轮车碰撞前驾驶员风险感知研究

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作者 王兴华 胡林 +3 位作者 彭勇 伍贤辉 向国梁 许倩 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期498-508,共11页

人机共驾阶段人类驾驶员对驾驶环境保持较高的风险感知水平是保证及时有效、稳定安全接管的核心。本研究通过开展风险感知模拟驾驶试验,获取了驾驶员在典型汽车-动力两轮车碰撞场景下的驾驶行为及脑电响应数据。从驾驶行为层面以制动TTC... 人机共驾阶段人类驾驶员对驾驶环境保持较高的风险感知水平是保证及时有效、稳定安全接管的核心。本研究通过开展风险感知模拟驾驶试验,获取了驾驶员在典型汽车-动力两轮车碰撞场景下的驾驶行为及脑电响应数据。从驾驶行为层面以制动TTC(time to collision)和平均加速度为评价指标,利用分位数回归构建了驾驶员风险感知量化模型,通过独立样本检验发现驾驶经验、碰撞场景类型对驾驶员风险感知存在显著影响。在脑电响应层面,通过双独立样本检验及FDR校正发现Alpha频段与驾驶员风险感知显著相关。此外,提出了驾驶员风险感知神经机理,包括视觉感知与认知加工两个阶段。研究结果有助于提升人机共驾汽车的安全性。 展开更多

关键词 汽车-动力两轮车碰撞 模拟驾驶试验 驾驶行为 脑电响应 风险感知

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导流板结构对高速列车转向架区域积雪结冰的影响

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作者 田金刚 邓海 +3 位作者 张怀强 刘涛 王家斌 高广军 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2151-2161,共11页

高速列车转向架在高寒风雪地区存在积雪结冰问题,影响列车的安全运行和运行稳定性能。为了解决高速动车组转向架区域的积雪结冰问题,以保证高速列车运行安全,提高列车冬季运行品质,提出基于流场控制的导流板结构,并针对简化的车体和转... 高速列车转向架在高寒风雪地区存在积雪结冰问题,影响列车的安全运行和运行稳定性能。为了解决高速动车组转向架区域的积雪结冰问题,以保证高速列车运行安全,提高列车冬季运行品质,提出基于流场控制的导流板结构,并针对简化的车体和转向架模型,采用三维雷诺时均Realizable k-ε湍流模型,耦合离散相模型(DPM)进行数值仿真,通过试验验证的湍流计算模型,模拟高速动车组转向架区域流场和雪粒分布情况,明确高速列车转向架区域积雪结冰成因,并分析导流板优化结构对防治积雪结冰的效果。研究结果表明:原始工况中,转向架区域气流速度较高,转向架表面压力较大,安装在前侧的导流板结构,能够有效地改变进入转向架区域的气流流向,降低转向架上方的气流速度,减轻气流对转向架底部表面的气流冲击,降低转向架周围的雪粒分布范围,减少转向架表面的粒子黏附数量。其中,对于第1台转向架,雪花黏附数量相对于原始工况依次减少22.56%、52.15%;对于第2台转向架,雪花黏附数量相对于原始工况依次减少48.50%、49.59%;对于第3台转向架,雪花黏附数量相对于原始工况依次减少50.03%、49.70%。但沿着列车运行方向,导流板的作用减弱。今后将研究真实编组的工况以进一步判断导流板的作用,并开展原理样机的相关试验工作。 展开更多

关键词 高速列车 转向架 积雪结冰 离散相模型 数值模拟 流场控制

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高寒动车组槽型引流式结构的防积雪性能研究 被引量：5

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作者 高广军 刘操 +3 位作者 张琰 于尧 李健 王家斌 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3346-3357,共12页

为了解决高寒动车组车载防转向架区域积雪难题,采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究槽型引流结构对高寒高速列车转向架区域风雪运动特性的影响。研究结果表明:高寒动车组安装槽型引流结... 为了解决高寒动车组车载防转向架区域积雪难题,采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究槽型引流结构对高寒高速列车转向架区域风雪运动特性的影响。研究结果表明:高寒动车组安装槽型引流结构可促使车底剪切层提前分离,从而大幅度降低转向架区域内的风雪流向运动速度,并抑制转向架区域内风雪垂向速度的波动幅值,进而有效缓解转向架区域的积雪情况。相比于5.14°导流槽结构,10°导流槽结构明显改变了转向架入口位置的风雪流运动方向,进而有效降低了转向架下方风雪流的垂向分布范围,削弱了车底高速气流和高浓度雪粒对转向架发热部件迎风面的冲击作用;10°导流槽结构还显著抑制了风雪流在转向架中间区域和后端板位置的向上爬升运动,降低了转向架上方悬浮雪粒数量,进而减小了转向架上表面积雪分布;相比于原始高寒动车组,5.14°和10°槽型引流防积雪结构可使所有转向架积雪总质量分别降低19.6%和28.3%。 展开更多

关键词 高寒动车组 转向架区域 防积雪结构 风雪两相流 数值模拟

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流线型部位风阻制动板对高速列车气动特性的影响分析 被引量：5

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作者 高广军 张普阳 +3 位作者 商雯斐 邓赞 张洁 王家斌 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期3708-3718,共11页

针对高速列车运行速度提升导致制动动能骤增、紧急制动距离延长的问题,采用基于Realizable k-ε湍流模型的雷诺时均法(RANS)研究高速列车流线型部位增设风阻制动板对列车周围空气流动特性及气动载荷的影响。研究结果表明:风阻制动板能... 针对高速列车运行速度提升导致制动动能骤增、紧急制动距离延长的问题,采用基于Realizable k-ε湍流模型的雷诺时均法(RANS)研究高速列车流线型部位增设风阻制动板对列车周围空气流动特性及气动载荷的影响。研究结果表明:风阻制动板能够显著改变高速列车周围流场,在制动板上游造成明显气流冲击并在其下游诱发强剪切分离流动,大幅度增加高速列车整车压差阻力。相比于等截面车身位置布置风阻制动板,在列车流线型部位布置风阻制动板能够有效减弱风阻制动板间的干涉效应。对于风阻制动板而言,处于气流直接冲击区域和存在高度梯度分布特性的风阻制动板受力相对较大,受板间干涉作用影响较大的风阻制动板受力相对较小。相比于原始无风阻制动高速列车,本文提出的风阻制动装置最高可将三车编组高速列车气动阻力提升约517%。 展开更多

关键词 高速列车 流线型部位 风阻制动 数值模拟

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下斜导流防积雪结构对高寒高速列车转向架区域积雪的影响 被引量：5

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作者 王家斌 刘浩源 +3 位作者 刘操 张洁 王田天 高广军 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期46-55,共10页

为解决高寒高速列车转向架防积雪难题,采用基于Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究下斜导流防积雪结构对三车编组高速列车转向架区域内风雪运动特性的影响。研究结果表明:安装下斜导流防积雪结... 为解决高寒高速列车转向架防积雪难题,采用基于Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究下斜导流防积雪结构对三车编组高速列车转向架区域内风雪运动特性的影响。研究结果表明:安装下斜导流防积雪结构有效降低了列车底部高速气流的流向动能,抑制了转向架下方气流的垂向速度波动幅值,降低了转向架上游剪切层的发生位置。相比于5.14°下斜导流结构,10°下斜导流结构显著改善了转向架区域内的空气流动趋势,明显削弱了车底大量雪粒对转向架主要部件迎风面的冲击作用,抑制了雪粒在转向架中部和后端板附近的上扬爬升运动,将高速列车转向架2、3、4、5、6表面积雪质量分别降低了52.6%、45.3%、41.8%、37.6%、31.8%。相比于原始工况,5.14°、10°下斜导流防积雪结构将高速列车所有转向架积雪总质量分别降低了20.6%、41.5%。 展开更多

关键词 高速列车 转向架区域 风雪两相流 数值模拟 防积雪设计

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