不同转向架构型对高速列车列车风及非定常尾迹的影响

随着高速列车速度的不断提升,列车尾部非定常尾迹引起的列车风安全问题越来越凸显。为探究转向架构型对列车风和非定常尾迹的影响,以CRH3两节编组的高速列车缩比模型为研究对象,采用增强型延迟分离涡模拟对三种不同转向架构型,即不对称转向架、对称转向架和无转向架,进行列车非定常流动的数值模拟研究。通过对比分析列车风时均和脉动速度分布以及尾迹流场结构,同时采用SPOD (Spectral Proper Orthogonal Decomposition)方法对非定常尾迹进行模态分解和流场重构。研究结果表明:三种转向架构型的列车尾迹均是由一对反向旋转的半环形流向交替涡脱落主导;相对于对称转向架构型,不对称转向架底部带来的扰动与尾迹流向涡对的相互作用更强,增加流向交替涡脱落的强度,继而诱导出更高的列车风脉动速度;无转向架的转向架舱及其后缘流动分离产生的大尺度涡脱落导致尾迹流向涡对展向范围更宽,列车风时均速度最大;SPOD方法通过增强相关矩阵的对角相似性,使得提取的主导模态配对性增强,模态峰值频率更加凸显,模态空间分布更加清晰。以上研究结果对高速列车转向架的设计优化有一定参考意义,显示了SPOD方法在高速列车非定常尾迹分析中的优势。

湍流模型和离散格式在汽车外流场计算中的对比

以35°Ahmed汽车标准模型为对象,基于OpenFOAM软件研究Realizable k-ε(RKE),Spalart-Allmaras(SA)和Shear Stress Transport k-ω(SST)3种湍流模型以及Linear Upwind(LU),Linear UpwindV(LUV),Localblend,Total Variation Diminishing(TVD)4种速度对流离散格式在Ahmed模型外流场计算中的表现。同时,对比了OpenFOAM、FLUENT和STARCCM+这3个软件平台的差异。结果表明:OpenFOAM中RKE和SST湍流模型预测的阻力系数较SA模型更接近实验结果;LUV和Localblend等更稳定的格式可以一定程度上减弱计算不稳定性带来的尾迹振荡问题,但只有TVD格式能够完全的抑制这种震荡行为。3种软件平台计算的阻力系数均与实验吻合较好,其中OpenFOAM采用TVD格式的计算误差最小,仅为0.7%。此外,OpenFOAM和STARCCM+可以得到较为合理和相近的三维尾迹流场结构,而FLUENT则会高估流向C柱涡的强度。

基于双稳态尾迹的方背Ahmed模型减阻

利用压力传感器和粒子图像测速技术(PIV)对1/4缩比的方背Ahmed模型以及加装船尾结构的模型尾迹进行了精细测量和统计分析,实验雷诺数为9.6×104。背部瞬时压力的统计分析表明:方背Ahmed模型的尾迹在水平方向上呈现出双稳态的特征,即两种打破对称的稳定状态交替出现,每种稳定状态可维持较长的时间尺度。处于两种稳定状态时,背部大概率地呈现出较低的压力,而处于过渡态时相反。通过PIV在水平面的测量,瞬时流场和条件平均的结果均捕捉到了双稳态的流场特征。在模型尾部增加船尾结构后,尾迹的双稳态现象随着船尾长度的增加逐渐被抑制,尾迹涡结构趋于对称,同时尾迹宽度变窄,涡脱落强度减弱,继而造成背压提升,阻力减小。