卷积自编码器在非定常可压缩流动降阶模型中的适用性

为有效降低使用计算流体力学(CFD)方法的设计成本和周期,降阶模型(ROM)得到广泛关注。对于复杂的可压缩流动,使用本征正交分解(POD)等线性方法进行流场降维,需要大量模态才能保证流场重建的精度,采用非线性降维方法能够有效减少所需模态数。卷积自编码器(CAE)是一种由编码器和解码器组成的神经网络,能够实现数据降维和重构,可看作是POD方法的非线性拓展。采用CAE进行流场数据的非线性降维,同时使用长短期记忆(LSTM)神经网络进行流场状态的时间演化。对于不可压缩问题,使用自编码器和LSTM结合进行流场重构的方法已有较多研究,选择一维Sod激波管、Shu-Osher问题、二维黎曼问题和开尔文-亥姆霍兹不稳定性算例,测试该ROM对非定常可压缩流动的有效性,同时基于POD方法,在不同模态数下构造Sod激波管和黎曼问题的ROM作为对比。结果表明:对于非定常可压缩流动,CAE-LSTM方法能够在使用较少自由变量数的前提下获得较高的重构和预测精度。

三维可压缩非定常流的壁面分离判据及其分离线附近的流动形态

通过引入依赖于密度的物面法向速度变换wr=-1ρh1h∫2z0h1h2ρtdz,描述物理速度空间(ua,va,wa=u,v,w+wr)具有无滑移壁面条件的三维可压缩非定常连续方程可转换成变换速度空间(u,v,w)内具有无滑移条件定常连续方程。因此,采用定常壁面分离的分析方法和结论,再通过变换和研究wr的贡献,给出了三维可压缩非定常壁面分离的判则以及分离线附近的流动形态。研究指出,二维和三维情况下,都出现伴有壁外附着的壁面分离情况。数值模拟证实了理论和结论。

求解非定常可压缩流动问题的边界元方法的研究

由于边界元法具有独特的优点,在工程问题的数值计算中已经得到广泛应用,但在流体力学领域,对非定常、可压缩流动问题,过去尚未求得其基本解而无法考虑研究应用完全边界元法对其进行数值求解。在作者前期研究工作已取得该类问题的基本解的基础上,进一步对非定常、可压缩流动问题的边界元法数值求解问题进行了研究。根据虚边界元原理,以SF6断路器灭弧室内吹弧气体的非定常、可压缩流动为对象,推导出描述该种气体流动的完全边界元数学模型及其离散格式,并将其应用于对550kVSF6断路器空载开断过程中吹弧气体流动规律的数值计算上,其结果经与应用商业软件FLUENT的计算结果相比较表明,文中所建立的方法是正确、有效的,研究成果为非定常、可压缩流动问题提供了一种边界元数值求解的方法。

空腔的非定常可压缩过流及相关气动声学问题

使用大涡模拟-声学比拟相结合的方法,研究三维开式空腔的非定常可压缩过流及其相关的气动声学问题。近场的声源流场部分使用大涡模拟,声音向远场的辐射使用Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声学比拟,建立了适合于开式空腔的全三维计算气动声学预测方法。文中突出了声源采样时间和积分模数的选择问题。

基于一维流动模型的高速列车隧道压力波特性

高速列车通过隧道过程中引起隧道内压力的剧烈波动,会诱发车内压力波动并可能引起车体疲劳破坏等问题。而研究此类问题的基础在于快速准确预测隧道压力波。基于一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对单车通过隧道和两列车隧道内交会进行数值模拟。选取京沪高速铁路隧道为研究对象,通过全时间区域下隧道空间中的压力传播的过程图描述压力波的形成过程,给出隧道内交会压力波比单车通过隧道的压力波剧烈的原因,研究列车速度和阻塞比对车外最大压力值和最小压力值的影响特性。结果表明,高速列车通过京沪高铁典型长度隧道时,其车体表面承受的最大压力波动基本与车速的平方成正比,而其与阻塞比基本呈线性关系。

SF_6断路器吹弧气体流动的边界元数值计算中基本解的求取

SF6高压断路器开断过程中灭弧室内的吹弧气体是一种非定常,可压缩流动。这种流动是用抛物-双曲型N-S方程或欧拉方程来描述的。由于至今尚未求得此方程组的基本解而无法考虑用边界元法对该种气体流动进行数值求解。文中针对描述该种气体流动的欧拉方程,应用数学理论和方法,在已知质量方程与运动方程的奥森解的基础上,推导出描述断路器灭弧室吹弧气体非定常可压缩流动的欧拉方程的基本解。作为数值模拟实例,文中对550kVSF6断路器空载开断过程中吹弧气体流动规律进行了数值模拟,其结果证明文中导出的基本解是正确的,从而为进一步开发求解非定常可压缩气体流动的边界元数值计算法奠定了基础。

CRH3高速列车隧道压力波特性浅析

高速列车通过隧道会引起较大的车内外压力波动,带来乘客舒适性问题和车体较大的气动疲劳载荷.与常规速度的列车比较,隧道压力波是高速列车车体设计和通风系统设计中所必须要考虑的问题.基于已研制的一维可压缩非定常不等熵流动和广义黎曼变量特征线数值计算程序,给出了CRH3高速列车单车通过隧道和两列车隧道交会过程中隧道内压力波和车外压力波的形成过程,分析了同一编组上不同车厢车内外压力和压差的变化规律,以及8节车辆和16节车辆两种编组长度对车内外压力和压差的影响特征,得出了会车压力波变化比单车压力波变化更加剧烈,建议今后以隧道内会车工况为研究内容,研究车内外压力和压差的变化,确定最恶劣的会车工况和车内外压力和压差,为列车设计提供依据.

高速铁路隧道压力波一维模型数值方法简介

高速铁路隧道压力波是高速铁路隧道修建中的关键技术,研究结果是合理确定隧道断面大小的主要参考依据。在简要回顾国内外相关方面研究成果的基础上,重点介绍了作者等人多年来采用的一维可压缩非定常不等熵流动模型和特征线法,介绍了隧道单车压力波、隧道会车压力波和考虑竖井、隧道内断面突变等情形下的验证实例。

Clement-Desormes实验之不足

通过分析实验数据发现 ,Clement- Desormes的测量结果接近理论值存在某种巧合 ,该实验所用的测量原理并不能充分解释其实验现象 .

高速铁路隧道列车活塞风计算方法

采用一维非定常可压缩流动模型和特征线法,建立了列车通过高速铁路隧道时产生的活塞风的计算方法,并将该方法与国外学者模型试验数据及常规一维非定常不可压缩流动模型计算结果进行对比,证明其有较高的精度。最后,通过不同阻塞比、列车速度、列车长度和隧道长度时的组合计算,进一步得出各主要因素对活塞风的影响程度,即从大到小分别为列车速度、阻塞比、列车长度和隧道长度。

开孔隔墙隧道内单列高速列车运行空气阻力的数值模拟研究

开孔隔墙隧道是一种新型的高速铁路隧道结构型式,与传统结构隧道比较,列车通过时空气动力学性能有较大不同。文章基于一维可压缩非定常不等熵流动模型及广义黎曼变量特征线法,建立了隧道内列车运行空气阻力分析方法,模拟了不同长度的有开孔隔墙隧道和无隔墙隧道空气阻力最大值和空气阻力平均值的变化规律,得出隔墙隧道可较大幅度地降低空气阻力,速度一定时隧道长度对内置开孔隔墙空气阻力幅值没有影响的结论。文章研究了2 000 m长度内置隔墙隧道的开孔间距、开孔大小和列车运行速度对空气阻力的影响特性,初步探讨了高速列车通过内置开孔隔墙隧道产生空气阻力与压缩波和膨胀波的关系及空气阻力最大值和车速的关系,为今后进一步研究内置开孔隔墙隧道列车空气阻力和该类结构隧道的工程应用提供了一定的基础。

160km/h单列货车通行隧道时压力波和气动载荷特征

随着经济发展和社会需求,研制更高时速的货运列车迫在眉睫.根据我国新研发的时速160公里的货运列车,需要开展货运列车通过隧道时的车体气动载荷研究.采用一维可压缩非定常不等熵流动模型特征线数值模拟隧道压力波方法,针对既有普速线的线路特点.研究高速货运列车单列车通过隧道的压力波形成机理和变化规律;研究不同工况下不同列车速度、车辆类型、隧道净空面积和隧道长度对最大正负压值和最大压力峰峰值的影响规律,归纳主要因素对车体气动载荷的影响规律及主次关系,获得货运列车车体强度设计和评估用气动载荷分布规律和范围.研究结果表明:单列车通过隧道时的压力波与列车驶入、驶出隧道诱发的压缩波和膨胀波反射和叠加相关;随着列车速度的提高、隧道净空面积的减小,列车车外最大正负压值和最大压力峰峰值均增加;在相同工况下,全侧开式棚车的的压力波动幅值大于塞拉式快捷车压力波动幅值;单列货运列车通过2.5 km隧道及以上时,最大正压值达到恒定值,最大负压值在最不利长度隧道处,达到最大值,然后随着隧道长度的增加逐渐减小;最大压力峰峰值在最不利长度隧道处达到最大值后随着隧道长度的增加而逐渐减小.本文研究结果可为货运车体气动疲劳强度设计提供支持.

时速600km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征,采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型,基于重叠网格法和有限体积法,以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象,建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型,通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率,得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性,以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明:初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成,形成初期具有三维特性,在隧道截面同一高度上,靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大;在隧道截面同一侧,靠近车体一侧高度越低,初始压缩波压力越大,而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关;当列车驶入隧道一定距离后,在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同,初始压缩波由三维波变成一维平面波;在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时,位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值;列车速度越高,初始压缩波压力峰值越大,位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比,压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。