降雨环境下大气底层边界型风场对高速列车气动特性影响

采用大气底层边界速度型风场模拟自然风和Marshall-Palmer雨滴谱模型,应用离散相模型研究了风雨联合作用环境下列车运行时气动特性的变化情况.结果表明:雨滴颗粒的加入扰乱了列车周围气流的正常流动,减轻了列车背风侧气流漩涡的脱落,列车迎风侧和背风侧的压力差减小;降雨强度对列车气动特性影响不大,从20 mm/h增大到100 mm/h,受影响最大的横向力仅增大了9.11%;风雨耦合环境下列车的运行速度对气动阻力影响较明显,列车时速从200 km/h到400 km/h,阻力增大了102%;随着车速增大,车辆所受横向力与升力的变化规律与车辆在列车中的位置相关,头车所受到横向力明显增大,而尾车的横向力则呈减小趋势,而所受升力正好相反,头车呈减小趋势,尾车则明显升高.

大气边界层湍流速度场的层次结构分析

对大气边界层的速度脉动时间序列进行了统计分析，发现在大气边界层湍场中存在She-Leveque(SL）层次相似律，以及在水平速度场、垂直速度场和不同条件下垂直速度场的层次相似律所满足的情况不同，并给出了对应的可能解释。结果指出大气边界层自组织结构的复杂性以及层次相似律对大气边界层湍流动描述的有效性。

基于Fluent平衡大气边界层流场模拟及应用

采用Fluent进行平衡大气边界层流场模拟,在地面边界引入气动粗糙壁面函数,上边界分别采用剪力驱动和速度驱动。首先对平坦区域进行流场模拟,然后基于模拟的流场对立方体建筑物表面风压分布进行了计算。结果表明:基于本文的边界条件设置方法,三种k-ε湍流模型均能获得良好的自保持性平衡大气边界层流场;在地面边界引入气动粗糙壁面函数,可实现任意类型的平衡大气边界层流场模拟,且对近地单元的高度无限制,有利于精细化网格计算;在上边界采用剪力驱动和速度驱动是等效的,采用速度驱动边界条件有利于提高计算效率;三种k-ε湍流模型计算的立方体中心面表面压力分布基本在测量值变化范围内,说明基于本文的平衡大气边界层流场可应用于结构风荷载数值模拟研究中。

对流水槽温度场和速度场的测量

根据室内模拟大气边界层的需要,开发了适合于水中温度场和速度场测量的快速响应设备。采用铂电阻传感器多探头测量温度场,速度场采用片光源流动显示及PTV数据处理技术。温度和速度测量设备响应快,分辨率高,为室内模拟研究提供了可靠的实验手段。文中分析了温度和速度测量的系统误差和偶然误差,并提出了速度测量改进方法。

侧风风场特征对高速列车气动性能作用的研究

侧风风场特征,如均匀风和大气底层边界速度型对高速列车在侧风环境下运行的安全性评估有直接影响。为了准确地评估侧风对在平原上运行的高速列车的影响,基于三维定常可压缩流动的NS方程,采用SSTk-ω两方程湍流模型和有限体积法,对时速350 km的动车组在均匀风和大气底层边界速度型风场中的流场和气动力特性分别进行了数值模拟计算和分析。结果表明:对在平原上运行的高速列车而言,作用于列车的气动升力、侧向力及倾覆力矩均随侧风风向角的增大而迅速增大;当风场为大气底层边界速度型时,列车顶部与底部及两个侧面的压力差小于风场为均匀风时的压力差,侧向力及倾覆力矩均小于风场为均匀风时的力及力矩,升力则随侧风风向角的增加具有不确定性。采用均匀风场评估高速列车在平原侧风环境中运行的安全性,会高估侧风对列车运行安全影响的风险,使得过低地限制列车的安全行驶速度,从而影响列车的正常运行效率。建议采用大气底层边界速度型风场进行评估。

光学相关论题

大气光学 P412．2 2004021569 对流水槽温度场和速度场的测量=Measurement methods of temperature field and velocity field in the convective tank[刊,中]／袁仁民(中国科学技术大学地球与空间科学学院．安徽,合肥(230026))．曾宗泳…∥量子电子学报．—2003,20(3)．—380-384 根据室内模拟大气边界层的需要,开发了适合于水中温度场和速度场测量的快速响应设备。采用铂电阻传感器多探头测量温度场,速度场采用片光源流动显示及PTV数据处理技术。温度和速度测量设备响应快,分辨率高,为室内模拟研究提供了可靠的实验手段。文中分析了温度和速度测量的系统误差和偶然误差,并提出了速度测量改进方法。图4参8(杨妹清)