初始环境温度对真空管道高速列车气动特性的影响

伴随着激波、膨胀波等波系的综合作用,真空管道高速列车诱发的气动热效应十分明显。初始环境直接关系到管内列车气动性能的好坏,研究环境初始温度对真空管道高速列车气动特性的影响对未来真空管道列车运输系统的研发具有重要意义。在建立含动边界的准二维非定常数值计算模型的基础上,通过分子动理论描述气流物性变化,利用SST k-ω转捩模型预测层流-湍流的混合流动状态,结合动网格技术实现了管内列车的跨音速运动,研究了273.15 K、300 K、350 K、400 K的初始环境温度下列车的气动特性变化。结果表明,随着初始环境温度增大,整车阻力减小,尾流扰动区发展过程减缓而车前扰动区发展过程加快,整个流场扰动区长度变化不大;在不同初始环境温度下,尽管尾流伴随着涡流脱落,但其温度波动的主频很低,约为0.76 Hz,波动幅度不超过2 K。

CH_(4)/O_(2)/CO_(2)预混体系爆炸动力学研究

为探究甲烷在富氧条件下的火焰动力学规律,以CH_(4)/O_(2)/CO_(2)预混体系为研究对象,在小尺度方形透明管道中进行了一系列爆炸实验,探讨了初始环境温度波动对爆炸参数的影响,并对预混体系的燃烧机理进行分析。结果表明:在273 K的环境温度下,化学当量比φ=0.8~1.0且氧气相对比γ<0.30和φ=1.2且γ<0.35的预混体系不能被点燃,而其他预混体系均可被点燃,最终产生郁金香与非郁金香两种火焰类型,并且根据郁金香火焰独特的演变特征,又划分为T形郁金香火焰和不对称郁金香火焰;随着γ的增大,无量纲火焰传播速度v/(S_(L)σ)的变化趋势由“两升两降”转变为“一升一降”。初始环境温度的升高并未对火焰传播速度和爆炸超压的变化趋势产生影响,但是会导致最大爆炸超压p_(max)和最大火焰传播速度降低。值得注意的是,初始环境温度对爆炸强度的影响随化学当量比的减小而增强。另外,与最大爆炸超压相比,最大火焰传播速度与层流燃烧速度之间的关系更紧密。从敏感性分析中可知:层流燃烧速度对自由基链式反应R38(即H+O_(2)=O+OH)表现出最大的正敏感度,对R52(即H+CH_(3)(+M)=CH_(4)(+M))表现出最大的负敏感度,并且对自由基OH的生成速率最敏感,当初始环境温度升高至303 K时,层流燃烧速度对R38(正)和R52(负)的敏感度降低;H、O和OH自由基总摩尔分数的增大会削弱热扩散的不稳定性,增强流体力学的不稳定性。

基于升温作用的冻土动剪切模量与阻尼比试验研究

为了解升温冻土在动荷载作用下动力特性变化规律,探究Hardin-Drnevich双曲线模型对冻土动力特性的适用性,以青海省G101公路沿线冻土为研究对象,用GDS动三轴系统模拟土体在实际情况下的固结及不同初始负温度环境梯度升温的过程,研究冻土阻尼比和动剪切模量随温度的变化规律。结果表明:负温对冻土阻尼比和动剪切模量影响显著。阻尼比随梯度升温的增大而增大,随初始负温度环境的降低而减小,随动应变的增加而增大;恒温冻土阻尼比的范围为0~0.05,升温冻土阻尼比范围为0~1;Hardin-Drnevich双曲线模型能够较好地描述阻尼比与动应变变化规律。动剪切模量范围为0~20 MPa,动剪切模量随梯度升温的增加而减小,随初始负温度环境的降低而增大,随动应变的增加而减小;动应变小于1%,动剪切模量急剧降低;动应变大于1%,动剪切模量缓慢降低,最终趋于平稳。本研究结果对寒区冻土公路在升温作用下的动力稳定性评估及路基抗振的性能设计具有参考作用。