中国高速轨道交通空气动力学研究进展及发展思考

总结了中国高速轨道交通空气动力学研究进程的起步、积累、发展、深化、提升和引领等六个阶段。论述了提出的以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学研究进展。包括发现探明了相关的形成机理、激化过程、响应特性、影响规律、减缓途径、改善措施,提炼出了一套基础理论,突破了系列关键技术,以及全面的工程应用。解决了空气动力制约高速铁路发展、恶劣风环境影响行车安全等关键科学技术问题。介绍了高速轨道交通空气动力学专用实验平台群,包括动模型实验系统、交变气动压力下人体舒适性/车体刚度/气密性综合实验装置、风/沙/雨/雪气动实验平台群、视觉检测系统、在线实车实验系统、兼用风洞群、数值仿真平台。最后讨论了正在开展的研究和进一步发展的思考。

基于模拟道路车身姿态的汽车空气动力学风洞测试

汽车在风洞内进行气动力测试时,由于车身姿态与实际道路状态不同,导致所测气动数据与真实数值存在差异。本文通过使用风洞天平系统的“浮动模式”来模拟车辆在道路上的实际车身姿态的方法,测试了9台不同车辆在初始固定姿态、车轮转动姿态和实际道路姿态下的车身姿态数据和气动性能数据,分析了车轮转动和气动升力/力矩对于车身姿态和气动性能的影响,给出了缩小风洞测试数据与实际道路测试数据差异的建议。

非线性时间分数阶空气动力学方程的格子Boltzmann研究

针对非线性时间分数阶空气动力学方程,提出了一种新的格子Boltzmann模型.通过使用Chapman-Enskog展开和时间多尺度展开技术,得到了一系列不同时间尺度上的系列偏微分方程.选择合适的平衡态分布函数的矩,恢复出宏观方程,数值模拟出非线性时间分数阶空气动力学方程的解.数值实验表明,格子Boltzmann方法是研究非线性时间分数阶空气动力学方程的有效工具.

赛车空气动力学套件全局优化策略研究

大学生方程式赛车空气动力学套件的优化对于赛车的燃油经济性和操纵稳定性有着重要的影响。从全局角度出发,选取前翼、后翼、侧翼各翼片攻角共10个设计变量,横向对比了不同的试验设计方法、近似模型搭建方法以及多目标优化方法,之后通过圈速仿真进行验证,选择出最适合翼型攻角优化问题的优化策略,并以此策略对整车进行优化。对比优化前后整车气动性能,最终赛车的气动负升力增加19%,阻力增加2.03%,较好地改善了赛车的空气动力学性能。结果表明,此种优化策略可以为赛车翼片攻角的选定提供一定的指导。

基于聚类算法的空气动力实验数据分析

针对实验教学中由于实验数据繁多导致学生在处理时无法正确归类,使得实验结果偏离实验标准的现象,本文提出了一种常用的实验数据分析方法——聚类算法。首先就聚类的概念以及聚类的一般过程进行简要介绍,并对聚类相似度量准则进行概括;然后以空气动力学演示实验课中的NACA0012翼型表面压强分布实验为例,基于SPSS软件运用聚类算法中的K-means算法将典型翼型的31个位置在不同迎角下翼型表面压强差聚为四类;最后将聚类后的数据导入Origin软件中,进行数据拟合后得到翼型表面压强随迎角变化趋势图,为后续计算翼型在不同迎角下的压强系数和升力系数奠定基础,可为学生在实验中进行数据分析时提供有力的参考。

气溶胶粒子相有机物在线检测的空气动力学透镜-质子转移反应质谱装置研制

针对气溶胶粒子相有机物的在线检测分析,设计加工了一套空气动力学透镜进样系统。该进样系统主要由1个用于气相有机物去除的气相剥蚀模块、1个用于颗粒聚焦富集的空气动力学透镜模块和1个用于粒子相有机物提取的热解吸模块组成。气相剥蚀模块的气相有机物去除率可达98.89%,295~375 nm粒径范围内颗粒物的透过率为75.16%~91.15%。模拟结果表明,在所设计的空气动力学透镜中,0.36~6.0μm粒径范围内颗粒物的透过率可达90%以上。将本研究设计的进样系统与实验室自制的质子转移反应质谱仪联用,研制了1套空气动力学透镜-质子转移反应质谱装置,并通过模拟气溶胶样品(α-蒎烯和臭氧反应的产物)的检测,证实了该装置可实现亚微米至几微米级粒子相上有机物的在线检测。

吸入制剂微细粒子空气动力学粒径分布评价方法研究

目的评估吸入制剂的空气动力学粒径分布(APSD),提高药品质量和安全有效性。方法通过对不同国家药典收载的检测APSD的方法以及相关标准进行比较与总结,用多种计量学参数来表征APSD,通过微细粒子剂量的大小和在总收集剂量中所占的比例作为评估吸入产品的关键指标。结果安德森撞击器(ACI)和新一代撞击器(NGI)是目前应用最广泛也是《美国药典》中所收载的方法,《中华人民共和国药典》又额外收载了玻璃二级撞击器,《欧洲药典》除以上3种装置外还收载了多级液体撞击器。空气动力学质量中值经(MMAD)是控制颗粒在肺部沉积位置的重要变量,几何标准偏差(GSD)表征的是药物颗粒粒度分布曲线形状,越接近于1说明粒度分布越窄。有效数据分析(EDA)中大粒子质量(LPM)与小粒子质量(SPM)的比值以及撞击粒子总质量(ISM)可检测APSD的变化。药物微粒的大小及分布很大程度上决定了粒子在呼吸系统中的沉积部位和沉积量,进而影响药物的疗效。所以若使吸入制剂中的活性药物成分(API)能够经由呼吸系统递送至肺,其气溶胶的空气动力学粒径应在1~5μm。结论合适的测试方法能够保证吸入产品的质量、安全性和有效性,合理的给药剂量和药物颗粒大小是决定吸入制剂性能的关键指标。不断改进细颗粒的测试方法,深入研究体内外的相关性,能够为吸入产品的进一步研究与开发创造有利条件。

基于学生能力培养的空气动力学及飞行原理课程改革实践——以新疆职业大学为例

以新疆职业大学建设飞机操纵系统实训室为契机,针对学生在学习空气动力学及飞行原理中存在的理论与实践难以融合、缺少实践实训课程等问题进行课程改革。以CCAR66-R3民用航空器维修培训内容为指导,引入国产商用大飞机相关教学案例,注重融入“当代民航精神”“三个敬畏”“机务作风”等民航价值观教育,全程构建素质和技能培养框架,突出学生动手能力和专业技能的培养,充分调动和激发学生的学习兴趣,具体措施包括将专业基础教育和工程实践能力培养有机结合起来、飞机模型与飞行原理相结合、多媒体教学与模拟仿真相结合、启发式教学与技能大赛相结合以及航空科研与课程思政相结合的方法,形成了“岗课赛证”相融通的课程培养体系。

某纯电动SUV的空气动力学开发

为了提升汽车续航能力,以降低整车风阻车型、优化空气动力学性能为目标,以整车空气动力学开发流程为切入点,运用流体分析软件STAR-CCM+对某纯电SUV车型进行空气动力学性能仿真,兼顾整车空气动力学设计原则、造型风格定义、工程可行性,从外观造型及底部护板两个方向提出多种降阻优化方案。(1)基于“前圆”原则,将前保险杠区域的气流分离优化成更加贴体流动的型面,降低了前部正压和能量耗散;(2)基于“后方”原则,通过尾翼封堵、顶棚局部下压、侧翼Y向内收、尾灯区域局部上抬及后保险杠底端型面优化方案,有效改善尾部气流流动状态,增大了尾部负压,进一步降低了整车风阻;(3)通过对气动轮辋、平整化的全覆盖式底护板及其他局部细节优化,有效提高了轮腔区域涡流形态及底部气流的流动,最终实现SUV的降阻率超过30%,风阻系数控制在0.28以内,有效降低了整车风阻系数,满足了整车性能的开发需求,提升了该SUV车型的续航能力。

基于CFD的某特种电动汽车空气动力学分析与改进设计

为降低某特种电动汽车空气阻力,对其车身造型进行了改进设计。对初始设计的汽车模型进行CFD外流场仿真分析,得出其风阻系数为0.4173,车顶前端、前窗和尾部等有明显的涡流。选择车顶倾斜角α(1)、前窗玻璃角α(2)、前唇倾角α(3)、后背角α(4)和尾部上翘角α(5)为设计变量,仿真分析车身外形局部结构参数对汽车气动特性的影响,并提出了改进设计方案。仿真结果表明:改进后车身升力系数的绝对值为0.1141,相对初始设计提高了41.92%;风阻系数为0.3937,相对初始设计降低了5.66%,有效改善了汽车的气动特性,提升了其续航能力。

FSC赛车空气动力学套件设计及优化

文章主要介绍了中国大学生方程式系列赛事(FSC)赛车空气动力学套件设计及优化过程。针对辽宁工业大学Wonder-E05号赛车,通过计算流体动力学(CFD)仿真分析,研究了赛车在不同工况下的气动特性。研究结果表明,通过分析赛车在俯仰工况下的车身姿态变化,发现前翼设计对离地间隙变化敏感,使得整车俯仰工况中气动特性变化明显,前翼可采用高离地间隙和大攻角襟翼以减少前翼离地间隙敏感性。研究结果可在后续赛车设计时为整车设计提供设计思路,减少离地间隙对整车气动敏感性的影响。

FSC赛车空气动力学套件优化设计与分析

良好的气动性能可以提高赛车的制动效能,是赛车高速、安全行驶的前提。文章主要对前定风翼、后定风翼的造型进行优化设计与分析,并运用累加法和控制变量法对大学生方程式系列赛事(FSC)整车进行流体仿真分析。研究通过采用变截面和增加展弦长等优化方式能否有效增加下压力和减少阻力。首先在Profili翼型库中选取合适的翼型,然后在Fluent中设定模型计算域边界条件和初始条件从而对赛车实际运行工况进行模拟。依据空气动力学理念,为赛车设计一套空气动力学套件,并进一步对套件的结构参数进行优化,进而提出了一套本赛车的最佳气动性能设计方案。

某SUV底盘空气动力性能优化研究

汽车底盘空气动力性能优化对降低整车空气阻力和升力有重要影响,针对底盘区域进行空气动力性能优化设计是提升整车动力经济性的重要途径。针对某款运动型多用途汽车(Sport Utility Vehicle,SUV)开展整车外流场计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)仿真分析,对比了Realizable k-ε和SSTk-ω两种湍流模型仿真精度,选用Realizable k-ε湍流模型进行底盘空气动力学方案设计。结合该SUV底盘特征及仿真流场分析结果,在尽可能降低整车成本的前提下,设计前保险杠下部阻风板、前轮挡板斜梯、副车架后部导流板、底盘中部护板以及尾部消音器造型优化共5种空气动力学方案,并进行了实车风洞试验验证。结果表明,5种方案对整车空气阻力性能提升均有不同程度的贡献,其中尾部消音器造型优化减阻效果明显,实车空气阻力系数降低2.99%;综合采用5种底盘空气动力学方案后空气阻力系数共降低5.16%,升力系数降低21.00%,有效实现节能降阻,并有助于提高整车行驶稳定性。

鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的干法气溶胶喷印实验研究

针对气溶胶喷印技术中油墨存储条件苛刻和溶剂、表面活性剂去除等问题,提出了一种鞘气辅助空气动力学透镜聚焦的纳米粉末气溶胶喷印装置,建立了气溶胶喷印系统,探究了喷印速度、鞘气/载气体积流量比值对系统喷印效率、线条形貌的影响。通过激光烧结实验及电化学性能测试实验,分析了激光处理对气溶胶喷印线条电阻率、微观形貌、氧化程度的影响。实验结果表明:当喷印速度为19.20 mm/min、鞘气/载气体积流量比值为2.65时,获得了最小宽度为56.52μm的喷印线条;激光处理后,喷印线条中的纳米银粉末颗粒融化团聚并形成丝状物互相黏结,显著降低喷印线条的电阻率。

《空气动力学学报》征稿简则

《空气动力学学报》创刊于1980年,国内外公开发行,月刊,中文核心期刊、中国科技核心期刊。本刊主要刊载空气动力学及相关交叉学科的理论与实践、方法与手段、技术与应用等方面具有重要意义的创新型成果,以促进空气动力学学科发展及与其他学科的交叉融合。栏目形式包括:研究综述、研究论文、研究专栏。来稿要求:A.题目。简洁、确切,中文题目长度建议不多于20字。

《空气动力学学报》征稿简则

《空气动力学学报》创刊于1980年,国内外公开发行,月刊,中文核心期刊、中国科技核心期刊。本刊主要刊载空气动力学及相关交叉学科的理论与实践、方法与手段、技术与应用等方面具有重要意义的创新型成果,以促进空气动力学学科发展及与其他学科的交叉融合。栏目形式包括:研究综述、研究论文、研究专栏。来稿要求:A.题目。简洁、确切,中文题目长度建议不多于20字。

高速铁路隧道空气动力效应对人员安全的影响研究

为保障高速铁路的安全运行,以我国高速铁路普遍采用的100 m2双线隧道为研究对象,根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型建立隧道、空气和列车数值模型,该模型可以模拟单车正常运行以及存在列车事故2种情形。当列车以120,200,250,300和350 km/h的速度在隧道内运行时,疏散通道上人员所受空气动力的变化规律和分布特征,并进一步分析空气动力对人员安全的影响。研究结果表明,空气动力随着时间和空间的变化而变化,人员应避免在危险时段活动,单车正常运行和存在列车事故2种情形下空气动力均有可能威胁人员安全,因此需要采取有效措施避免事故发生。

《空气动力学学报》征稿简则

《空气动力学学报》创刊于1980年,国内外公开发行,月刊,中文核心期刊、中国科技核心期刊。本刊主要刊载空气动力学及相关交叉学科的理论与实践、方法与手段、技术与应用等方面具有重要意义的创新型成果,以促进空气动力学学科发展及与其他学科的交叉融合。栏目形式包括:研究综述、研究论文、研究专栏。

1000 MW超超临界四角切圆锅炉空气动力场试验分析

介绍了某发电公司1000 MW超超临界机组、四角切圆锅炉的冷态空气动力场试验过程,具体包括燃烧器冷态检查、一次风风速调平、二次风挡板特性和空气动力场试验等内容,详细分析了该锅炉燃烧器的运行特性及炉内空气动力场情况,为锅炉热态稳定运行提供数据支撑。

《空气动力学学报》征稿简则

《空气动力学学报》创刊于1980年,国内外公开发行,月刊,中文核心期刊、中国科技核心期刊。本刊主要刊载空气动力学及相关交叉学科的理论与实践、方法与手段、技术与应用等方面具有重要意义的创新型成果,以促进空气动力学学科发展及与其他学科的交叉融合。栏目形式包括:研究综述、研究论文、研究专栏。