导流装置对高速磁浮列车气动特性的影响

由于车轨悬浮间隙的存在,高速磁浮列车的悬浮架周围流场紊乱且气动力复杂,影响列车的悬浮和导向性能。基于计算流体力学建立了3车编组的高速磁浮列车气动数值仿真模型,研究了列车气动特性及车轨间隙和悬浮架周围的流场结构,分析了3种不同形式的导流装置(板式、短楔形、长楔形)对列车气动特性的影响规律。研究结果表明:在500 km/h的运行速度下,气流通过头车鼻尖底部悬浮间隙直接冲击在头车一位端悬浮架迎风侧,形成的压差阻力使头车气动阻力大幅增大;受悬浮架扰流影响,气流在车体底部形成了大面积的正压区,直接导致头车气动升力和气动力矩大幅提高且远高于中间车及尾车气动升力。根据研究结果,改变头车鼻尖底面结构,控制进入车轨磁浮间隙的气流流量和方向,改善了列车表面压力分布情况,协同降低了列车气动阻力、气动升力和点头力矩。与原型磁浮列车相比,3种导流装置均能实现减阻降升,其中气动特性优化效果最好的长楔形导流装置可实现减小整车气动阻力3.6%、头车气动升力40.6%和头车点头力矩80.3%,综合气动性能最好。

跳台滑雪助滑阶段计算流体动力学模拟及优化

目的:针对跳台滑雪助滑阶段姿态进行计算流体动力学分析,以确定影响出台起跳速度的决定性因素,以此帮助运动员进一步优化助滑动作,减小助滑阶段受到的空气阻力,从而在相同出发格及起跳动作等条件下获得更高的出台起跳速度,为训练和比赛提供有针对性的理论支持。方法:采集我国跳台滑雪集训队男子运动员身体形态数据,基于此建立空气动力学数字孪生模型,并将这一模型投入计算流体动力学分析场景中进行模拟计算,探索最优化的姿态角度区间。数值模拟涉及的姿态角度包括躯干攻角,踝关节角等运动学数据。结果:在一定范围内,运动员及装备组成的多体系统离地面距离越近,运动员在助滑阶段受到的升力越大;运动员在助滑阶段除了保持较小躯干攻角,也可以通过降低躯干高度、髋关节内收角度等方法进一步降低在助滑加速阶段受到的空气阻力;此外,以最大升阻比姿态完成助滑阶段并不能获得最大的出台起跳速度。结论:通过调整助滑姿态能够获得更高出台起跳速度的主要原因是空气阻力的减小,并且系统受到的升力大小较之于重力大小等因素存在数量级差异。因此,相较于增加空气升力,在助滑阶段运动员姿态优化的首要目的应该是减小空气阻力。实践中应该通过调整躯干、肢体姿态对助滑动作进行调整,优化运动员及装备组成的多体系统在助滑阶段空气动力学性能,实现减阻增速,以期获得更优异的比赛成绩。

一种大型货车车尾改装节能方案的探究

大型货车是形状不规则的非流线型结构,其尾部为突然截尾式,气动阻力较大,通过改善客车尾部的钝头结构,不但可以降低油耗,还可以提高货车高速行驶的稳定性。文章利用有限元分析软件Ansys对改装前后的货车进行模拟分析,结果表明,通过优化货车尾部的结构形状,可以有效地提高货车的气动特性,从而更加节能。