基于多孔介质的高速铁路透风式挡风墙关键参数研究

合理的匹配参数是风区铁路沿线防风设施研究的关键问题。针对风区铁路沿线部分区段混凝土实心挡风墙出现的环境风越过挡风墙顶导致严重的弓网离线、无法正常升弓,危及铁路行车安全问题,提出改“堵”为“疏”,通过一定的透风率来调控挡风墙后的线路风场,从而为缓解上述现象提供一种新思路,其关键问题在于透风式挡风墙关键参数与防风效果的合理匹配。为此,基于多孔介质的自身特性,提出一种基于多孔介质的挡风墙风场新研究方法,将挡风墙透风率与防风效果的合理匹配问题转化为多孔介质的阻力系数与列车气动载荷的关系研究。首先,通过比较数值模拟结果与兰新高铁挡风墙风场现场试验结果,修正并验证数值模拟方法的准确性。然后,通过数值模拟研究进一步探究多孔介质阻力参数与挡风墙透风率之间的关系,获得风区铁路沿线透风式挡风墙关键参数最优区间。研究结果表明:可以采用多孔介质代替挡风墙几何进行挡风墙风场研究,能够显著提升研究效率;多孔介质的黏性阻力系数在挡风墙风场研究中可以忽略,多孔介质的惯性阻力系数与挡风墙的透风率呈幂函数关系;风区铁路沿线透风式挡风墙高度为3.5 m,透风率在24.4%~28.7%区间时,对一线、二线列车的防风效果最好。

桥上脱轨列车姿态演变行为与倾覆风险研究

针对高速列车桥上脱轨后的车体姿态演变行为与倾覆风险问题,通过多体动力学方法,建立八编组整车−桥梁防护墙多体动力学模型并开展数值研究。首先,通过相同工况下多体动力学结果与有限元方法结果,对比验证本文模型的正确性。然后,通过数值模拟分别研究直线空载高速列车、直线满载高速列车、曲线不同离心加速度下高速列车脱轨后的动力学演变行为。研究结果表明:桥上脱轨列车与防护墙发生撞击后,会出现明显的车轮跳起和车体大幅度侧滚现象,各车存在极大从右后向左前翻滚到线路外侧坠落的风险;桥梁曲线脱轨比直线脱轨更加危险,会出现明显的甩尾现象,离心加速度越大,甩尾现象越明显。

风切变下评价方法对高速列车振动舒适性评价结果的影响

科学合理地评价乘坐舒适性对于风区高速列车运行性能的提升至关重要。针对在大风专项试验中发现的新问题,既有平稳性指标在风切变下的评价结果,与司乘人员实际感受差异巨大,表明现有舒适性指标在风切变下的应用存在局限开展研究。首先,对既有不同振动舒适性评价方法Sperling指标、ISO-2631、EN-12999、UIC-513、以及GB-5599等进行了系统梳理和评估差异的理论分析;其次,结合不同评价方法要求,通过多体动力学方法和人体动力学参数模型,建立了可一体描述车体与人体动力学影响的六自由度列车—座椅—人体耦合模型;在此基础上,进一步将风切变下实测列车气动载荷作为输入激励,分析了真实气动载荷作用下现有舒适性指标评估流程、频率加权曲线等对评价结果的影响,揭示了评价结果产生差异的原因;最后,基于既有振动舒适性评价方法,对风切变下高速列车振动舒适性的评价从指标参数、测点位置以及评价过程3个方面进行了建议和补充。研究结果表明:由于频率加权曲线和对各个方向振动的考虑形式不同,导致不同评价方法对人体敏感频率的侧重和振动形式的权重存在差异;建议风切变下振动舒适的评价方法将侧滚角速度和角加速度纳入并增加相应测点位置,同时旋转振动幅值可对转动舒适性进行评价,能在一定程度上反映出风切变下转动振动对振动舒适性的影响。

基于正交试验的蓄能弹簧优化设计

为了提高蓄能弹簧的回弹性能,采用Ansys Workbench有限元软件建立了蓄能弹簧的有限元模型,并通过对比试验验证了模型的可靠性。以弹性能和最大等效应力作为回弹性能的评价指标,探究了薄片宽度、薄片厚度、截面直径、盘绕圈数以及盘绕中径等参数对蓄能弹簧回弹性能的影响。通过正交试验分析了各结构参数对蓄能弹簧的弹性能和等效应力的敏感性。基于弹性能最大和等效应力最小两个目标,对蓄能弹簧的结构参数进行了优化设计。研究结果表明:蓄能弹簧的弹性能随着薄片宽度、薄片厚度、截面直径以及盘绕圈数的增大而增大;最大等效应力随着薄片宽度增大而增大,随着截面直径和盘绕圈数的增大而减小;薄片厚度对弹性能的影响最大,盘绕圈数对最大等效应力的影响最大,而盘绕中径对弹性能与最大等效应力的影响均最小;优化后的蓄能弹簧弹性能提升了190.14%,同时等效应力峰值下降了2.26%。

铁路超限货车曲线通过时车货位姿解算与安全评估研究

大型变压器与发电机定子等超限装备的铁路安全运输,是确保国家输电重点工程建设顺利实施的重要保障.针对超限货物装载边界与转向架之间的安全干涉空间计算校核,传统动力学仿真存在建模过程复杂、计算效率低等问题,本文提出一种基于多级底架点-弦几何表征的超限货车曲线通过安全空间评估方法;建立了以曲线半径等线路参数、小/中/大底架心盘间距等车辆参数为输入的转向架-货物界面安全空间距离的理论解析模型,并分别通过动力学仿真进行了验证,不同导向方式下15种不同半径曲线通过的允许安全货物装载长度误差在3.68 mm以内、相对误差低于0.028%.本文提出的车货位姿解算评估方法,能准确高效地计算超限车辆运行过程中货物与转向架的安全干涉空间,可为铁路超限专列的安全开行提供科学计算依据.

横风下车体运动对高速列车气动性能的影响

为揭示横风下车体运动对高速列车气动性能的影响规律,通过数值模拟对典型车体运动形态下的横风气动性能开展研究。首先基于实车试验确定了横风下的车体典型运动形态并定义研究工况,然后通过改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法详细分析不同工况下的车体与转向架的气动载荷,以及列车周围的流场结构与表面压力变化情况。研究结果表明:横风下高速列车车体运动主要表现为侧滚与横移,车体的侧滚运动对列车升力的影响最明显,头、中、尾车升力均随着车体从迎风侧向背风侧运动而增大,并且车体向背风侧运动时,头车升力增大的幅度大于车体向迎风侧运动相同角度时减小的幅度;当车体运动时,第1转向架横向力、升力与倾覆力矩均增大;车体运动对列车头部、背风侧以及尾部的流动均有较明显的影响,车体向背风侧运动时,头车鼻尖区域流速降低,尾车鼻尖位置的高速流区扩大,并且由头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈增大趋势,旋涡流速减小;车体向迎风侧运动时,头车鼻尖区域流速增大,尾车鼻尖位置的高速流区缩小,并且从头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈减小趋势,而旋涡流速增大。

基于查表插值算法的高压CO_(2)管道泄漏瞬态特性数值模拟

为准确高效地模拟高压CO_(2)管道泄漏的瞬态特性,基于Fluent仿真平台,利用用户自定义真实气体模型(User Defined Real Gas Model,UDRGM)和用户自定义函数(User Defined Function,UDF),结合查表法和双线性插值法建立CO_(2)的真实气体模型,并将压力驱动的Lee模型通过用户自定义函数嵌入Fluent求解器来模拟CO_(2)的非平衡相变过程,建立了高压CO_(2)管道泄漏的非平衡相变数值模型。通过与Botros等的试验数据进行对比分析,验证了该模型的准确性。在此基础上,对比了上述模拟方法与编译S-W(Span-Wagner)状态方程模拟方法的精度和效率,最后使用本模型研究了不同初始压力对高压CO_(2)管道泄漏瞬态特性的影响。结果表明:两种模拟方法精度接近,最大相差为7.37%,但提出的模拟方法效率明显优于编译S-W状态方程的模拟方法,计算时间相较缩短约86.9%;初始压力为11.27 MPa的最大总出口质量流量比4.36 MPa的大7.24 kg/s,而对应的气相CO_(2)出口质量流量却低0.14 kg/s;初始压力为11.27 MPa和4.36 MPa对应的近场最大射流流速分别为155.12 m/s和175.50 m/s;管内初始压力越低,泄漏后到达亚稳态时过热度越大,管内及泄漏口附近相变程度越剧烈,气相出口质量流量越大,近场射流峰值速度越大。这项研究可为工业规模管道泄漏的模拟和管道泄漏的三维模拟提供更高效的方式。

规划水资源论证的不确定性及其关联影响分析

通过对规划编制和水资源的不确定性分析，找出在规划水资源论证中可能存在的与之相关联的问题，结合实际工作的经验，提出解决和减少论证中不确定性因素的原则或思路。

水文信息服务系统的发展趋势

水文信息系统包括信息采集和信息服务两大部分。文章就当今计算机及其网络的先进技术，阐述水文信息服务系统的发展趋势。

城镇化进程非点源污染变化趋势分析

主要针对城镇化进程中非点源污染物的来源，以及土地利用变化、降雨变化引起的水文过程变化对非点源污染的影响进行了分析，结合我国非点源污染及其城镇化的现状，探讨了城镇化进程中非点源污染的变化趋势。

规划水资源论证的不确定性因素分析

文章通过对规划编制和执行过程以及水资源论证中可能存在的不确定性要素分析,找出在规划水资源论证中可能影响论证结论的相关问题,结合实际工作的经验,提出解决或减少规划水资源论证不确定性因素的原则或思路。

城镇化进程非点源污染变化趋势分析

文章主要针对城镇化进程中非点源污染物的来源,以及土地利用变化、降雨变化引起的水文过程变化对非点源污染的影响进行分析,结合我国非点源污染及其城镇化的现状,探讨城镇化进程中非点源污染的变化趋势。

涟水流域非点源污染特征

依托GIS软件平台,将SWAT模型应用于湘江支流涟水流域,对涟水流域径流、泥沙及非点源氨氮、总磷污染负荷进行模拟计算.研究结果表明,基于SWAT模型的涟水流域非点源污染模拟是可行的.通过统计分析揭示了涟水流域非点源污染的时空分布规律;通过对比不同施肥水平和不同时期土地利用情景下非点源污染负荷,揭示了施肥水平及土地利用对非点源污染负荷影响,为涟水流域非点源污染治理提供了一定的借鉴和指导意义.

发展湖南水文事业的几点思考

根据湖南的水文特性，从经济和社会发展的角度，分析湖南水文的作用以及与之不相适应的问题，结合本省实际提出发展湖南水文事业的基本思路。

基于SWAT的涟水河上游流域非点源污染模拟

以涟水河娄底水文站上游流域为研究区域,应用SWAT模型对该区域的径流、泥沙及非点源氨氮、总磷污染负荷进行模拟计算.将1998年设置为模型启动期,即"模型预热",利用娄底水文站1999～2002年的实测月径流、氨氮及总磷的实测数据进行模型参数确定,运用2003～2005年实测的月径流、氨氮及总磷数据对调参后的模型进行模型验证,验证结果表明模型基本合理可行,可用于涟水河上游流域的非点源污染模拟计算.运用率定后的模型,去除点源污染,重新进行模拟得到最终的非点源污染氨氮、总磷.根据模拟结果对该区域的径流、泥沙、氨氮及总磷污染负荷的时空分布特点进行了分析,为涟水河娄底水文站上游流域非点源污染的综合防治规划提供了参考和依据.

水质断面水质相似性的主成分及聚类分析方法

针对水质断面水质组分的多样性及相关性，探讨应用主成分分析和系统聚类分析方法，来判断水质断面水质的相似性，并通过湘江水系22个水质断面实测水质资料分析，表明该方法可靠、合理、实用，对环境监测、保护及管理工作具有实际意义。

轨道车辆碰撞试验台CO_(2)相变驱动过程仿真研究

由于现有设备条件下空气炮驱动的轨道列车碰撞试验台无法满足更高试验速度的要求,提出使用CO_(2)相变动力驱动试验车辆加速。基于质量守恒定律、能量守恒定律和CO_(2)真实气体模型,建立驱动系统做功过程数值模型;对模型求解后,通过试验验证模型计算精度;通过数值模型,对比研究空气与CO_(2)的做功性能,并分析储液缸初始压力、初始温度和驱动缸初始容积对CO_(2)做功特性的影响规律。结果表明:模型能够有效模拟CO_(2)液气相变驱动试验车做功过程;在结构条件相同且驱动工质的质量为170 kg、初始压力为20 MPa时,以CO_(2)作为驱动工质时驱动时间较空气缩短10.5%,试验车获得的末速度较空气增大21.2%;储液缸初始压力由8MPa增至20 MPa时,试验车末速度增大58.3%,加速时间减少32.2%;初始温度对驱动缸内CO_(2)相态影响较大,温度越低时,其相态越容易接近气液饱和线;驱动缸初始容积对加速时间、试验车过载和活塞所受冲击影响较大,初始容积为0.20 m3时较0.01 m3时最大过载减小23.07%,但所用时间增加20.9%。

大数据在水资源管理中的应用展望

本文介绍了大数据的基本概念及其在相关领域的应用实例,分析了当前水资源管理及其现有信息系统存在的问题,依据大数据的基本原理和信息技术的发展趋势,借鉴和参考其他领域大数据的应用实践,以国家水资源监控能力建设项目为例,分析了大数据时代水资源管理数据需求与信息系统平台的构建要求,并结合实际工作中已经或可能出现的问题举例,探讨和展望大数据在水资源管理中的应用前景。

洞庭湖洪水预报决策支持系统

文章介绍了洞庭湖洪水预报决策支持系统的开发。该决策支持系统是建立在湖区入流与水位预报的水力学和水文学模型的基础上,考虑了堤垸的溃决和排涝的影响,并将入流过程输入水库调度模型和湖区二维水力学模型进行演算。该决策支持系统将应用于实时洪水预报和调度,同时也可作为规划和优化洪水管理措施的有用工具,并可提高防洪决策的效率,在堤垸溃决情况下尤其能体现其作用。