融合稀疏八叉树与卷积神经网络的汽车风阻系数预测

针对汽车风阻系数预测研究中参数化方法难以准确表征汽车外造型的难题,提出融合稀疏八叉树与卷积神经网络的汽车风阻系数预测方法。将汽车外造型按照八叉树结构离散,使用平均法向量对离散的复杂曲面进行简化,利用卷积神经网络对八叉树形式的汽车外造型进行特征提取,进而对汽车风阻系数进行快速预测。通过改变卷积层数与全连接层数,研究了不同卷积神经网络结构对风阻系数预测精度的影响。与参数化方法相比,本文提出的外造型表示方法能更好地描述模型细节,构建的卷积神经网络结构对风阻系数预测的最小相对误差为1.453%,且计算速度是CFD仿真的1620倍,具有较高的精度及计算效率。

台阶式斜篦齿封严压降与风阻温升数值分析

为研究转速、进口压力及齿隙和齿宽的比对斜篦封严压降与风阻温升特性的影响,建立二维阶梯式斜篦齿封严模型,对台梯式斜篦齿封严进行数值仿真计算,获得不同转速、进口压力及齿隙和齿宽的比下的进出口压差和风阻温升,以及最后一级齿隙处射流的温度和压力。结果表明:斜篦齿的背风面存在高温带,主要是由于旋转的摩擦效应、阶梯几何结构和2个大尺寸涡相遇处的掺混效应所导致;贴壁大尺寸涡与主流的动量交换随着转速的增加而增强,主流与齿腔大尺寸涡的动量交换随着转速的增加而减弱;风阻温升随着齿隙和齿宽的比的增大而降低,随着转速的增加而升高,但与进口压力的关系不明显;进出口压差随着转速的增加而增大,随着齿隙和齿宽的比的增大而减小;出口射流的压力随着进口压力的增加而增加。分别得到压差比和风阻温升系数的拟合式,拟合效果符合预期。

集装箱船上层建筑气动干扰特性与风阻优化

为优化具有多个尺寸巨大的上层建筑物集装箱船的风阻,本文以某20000TEU超大型集装箱船上层建筑为研究对象,开展风载荷和PIV流场测量风洞模型试验。根据得到的风阻与流场干扰特性,采用数值模拟对主体建筑纵向间距和局部构型进行优化布置,并通过风洞试验对优化结果进行验证。研究结果表明:主体建筑纵向间距是影响集装箱船风阻和甲板上方绕流场气动干扰的主要因素,合理调整上层建筑物纵向间距同时对建筑物棱角边缘倒圆角处理可以得到风阻性能更优的布置方案,经风洞试验验证,优化方案较初始方案风阻降低47.19%,具有较大优化空间,可为超大型集装箱船总布置设计提供参考。

集装箱堆场门式起重机双机联合风阻特性研究

集装箱堆场门式起重机往往沿着结构行走轨迹方向并排布置,且两机间隔较小。这种排布方式可能为门式起重机互相折减风力系数提供机会。为了研究集装箱堆场门式起重机风力系数折减规律,开展了集装箱堆场门式起重机双机联合风阻特性的数值研究。首先利用CFD方法,研究了门式起重机在各风向角下的风力系数变化,得到了对门式起重机最不利的风向为(30~45)°风向的结论;然后针对风场中两台并排放置门式起重机多间距下各风向风力系数开展了数值模拟研究,研究了各风向风力系数随距离变化规律,并给出了两门式起重机风力折减系数表。数值研究结果表明:为了使风力系数综合折减效果最好,门式起重机应当尽可能保持最小的间距,尤其是在支腿间距为5m时,正面迎风工况下前后机风力系数分别折减至93%和42%;而针对最危险的风向也可以至少分别折减至96%、93%和97%、92%。研究的结论可为港口集装箱堆场门式起重机的防风措施设计提供参考。

一种适用于汽车低速碰撞的降风阻导流片设计

在汽车前保险杠总成和冷却模块之间有一个进风通道,用于发动机和冷却模块的进风,将保险杠下格栅进入的空气有效地导向冷却模块。传统结构设计上,汽车导流片为单纯硬料软料结合的方式,但是这种设计很难满足低速碰撞的要求。文章结合一款新开发车型,设计了一种既能降低风阻,又能满足汽车低速碰撞要求的导流片,并且通过CAE模拟仿真和试验,验证了该结构的稳定性。

通风阻力测定与系统优化研究

针对某煤业采用中央分列式机械抽出式通风工艺,利用矿区主、副平硐作为进风井,并设置回风斜井,以及存在的总供风量不足、进风风阻大且通风网络复杂等问题进行通风系统优化研究,探究供风量不足、风流串联以及风阻分布失衡要素,设计增设了二盘区进风斜井和二盘区回风斜井,使4^(-2)煤—5^(-2)煤与2^(-2)煤—3^(-1)煤的通风路线相互独立,依靠自然分风进行通风系统的优化。经过对风量分配、等积孔、风阻分布以及通风网络的计算分析可知,优化后的通风系统有效解决了原系统存在的问题,优化效果明显。

流线型部位风阻制动板对高速列车气动特性的影响分析

针对高速列车运行速度提升导致制动动能骤增、紧急制动距离延长的问题,采用基于Realizable k-ε湍流模型的雷诺时均法(RANS)研究高速列车流线型部位增设风阻制动板对列车周围空气流动特性及气动载荷的影响。研究结果表明:风阻制动板能够显著改变高速列车周围流场,在制动板上游造成明显气流冲击并在其下游诱发强剪切分离流动,大幅度增加高速列车整车压差阻力。相比于等截面车身位置布置风阻制动板,在列车流线型部位布置风阻制动板能够有效减弱风阻制动板间的干涉效应。对于风阻制动板而言,处于气流直接冲击区域和存在高度梯度分布特性的风阻制动板受力相对较大,受板间干涉作用影响较大的风阻制动板受力相对较小。相比于原始无风阻制动高速列车,本文提出的风阻制动装置最高可将三车编组高速列车气动阻力提升约517%。

矿井火灾时期火源分支巷道风阻变化趋势试验研究

为解决火灾时矿井巷道风阻不易获取的问题,根据热力学、流体力学和通风学理论,推导矿井火灾期间火源分支巷道风阻变化与火灾产生的CO_(2)体积分数之间的关系。结果表明,在矿井火灾时期,火源分支巷道风阻与火灾产生的CO_(2)体积分数存在线性关系。基于搭建的小尺寸矿井火灾模拟试验系统进行下行通风斜巷试验,测定火灾后巷道风阻随CO_(2)体积分数的变化。试验结果与理论式计算结果相吻合。

新型高速列车风阻制动装置设计与仿真分析

运行时速超过350 km的高速列车在高速阶段辅助制动或紧急制动时,风阻制动是一种行之有效的制动措施。研制综合气动性能优越及适用性广的风阻制动装置是下一代时速400+km高速列车开发中亟待解决的关键技术问题之一。在总结分析现有技术的可行性和实用性的基础上,提出了新型风阻制动装置的设计理念和方法,重点从满足多级协同制动、优化气动性能、降低气动噪声及减弱结构振动等方面考虑开发实施,完成了窗形风阻制动装置及其改进型设计方案。结果表明:通过前后设置的沿安装基座前后边缘转动开启的2排风阻制动板进行多模式选择制动,有效克服了传统风阻制动板从前往后开启所造成的气动噪声剧烈、颤振及后排风阻制动板制动效率低等问题;同时,采用自馈补偿和板型导流两种制动补偿方式对风阻制动装置的二次空气动力学性能进行优化设计,进一步改善了装置制动工作时的外围流场结构,最大程度避免了非制动状态下附加气动阻力的形成;针对风阻制动装置的传动控制,创新性地设计了电路模拟控制和液压驱动控制方案。以运行时速为400 km的CR400AF平台动车组单节车辆装配单组改进型窗形风阻制动装置为计算模型,模拟得到装置在紧急制动时贡献的气动阻力为4.70 kN,产生的气动升力为1.13 kN,具备较好的高速阶段增阻特性。窗形风阻制动装置及其改进型设计方案在制动效率、风阻制动板利用率、空气动力学性能及气动噪声等方面表现出较强的优势。未来高速列车风阻制动装置的设计及应用需进一步从线路条件、运行风环境、瞬时启停性能、电控系统、结构振动及强度设计等方面开展实验研究。

汽车风阻分析与外形优化研究进展

随着人们生活水平的日益提高,我国汽车的保有量也是逐年增长,汽车污染问题受到越来越大的关注。由于汽车风阻是汽车行驶阻力的主要来源,降低汽车风阻是实现节能减排的重要方式。本文研究了汽车阻力的来源,各外形设计对风阻的影响。通过研究发现进气格栅,底盘等为影响整车风阻的关键因素;轮眉,车门把手等为次要因素,对影响风阻的关键因素加以改进能有效降低汽车的能耗,并通过比亚迪“汉”的成功案例给出降阻方案的应用。本文对汽车风阻研究具有一定参考价值。

速度400 km/h高速列车风阻制动装置布置的数值研究

基于三维定常可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,以CR400AF平台动车组流线型外观为参考,装配新型“蝶形”风阻制动装置,模拟计算高速列车风阻制动装置不同布置状态时的气动特性,给出单排及多排制动风翼板布置的确定方法及最优方案。研究表明:在高速列车头车司机室流线型尾端连接处后2~5 m范围内设置安装首排制动风翼板,可有效为高速列车高速制动阶段提供较为可靠稳定的制动力,同时对首排制动风翼板工作时流固耦合及振动特性进行评估和说明;研究提出以列车制动需求为目标,纵向制动风翼板最优布置范围逐渐缩减的方式,通过计算流体动力学的方法确定制动风翼板设置位置及布置排数选择的研究方法,给出3节编组高速列车2排及3排制动风翼板最优布置方案。

GTF发动机风扇驱动齿轮箱风阻功率损失研究

为研究风扇驱动齿轮箱风阻功率损失,基于齿轮风阻原始公式,阐明了油气比1∶34.25的通用风阻公式在风扇驱动齿轮箱中应用的局限性,除油气比外,内齿圈风阻计算公式需通过CFD仿真进行了修正;通过直接法测量GTF风扇驱动齿轮箱不同工况下的功率损失,结果表明:在轻载状态下齿轮箱总功率损失与转速成明显的指数关系,风阻损失占主导,理论值与实测值相差50 kW;不同转速相同扭矩状态下,修正理论功率损失和实测功率损失之间的差值由齿轮风阻引起,风扇驱动齿轮箱中拟合油气比约为1∶1.37;并给出齿轮箱风阻功率损失计算公式修正系数。

基于CFD的客滚船上层建筑风阻计算及优化设计

对某客滚船采用数值方法计算不同风向角下的风阻,将计算结果与经验方法结果进行对比,在极端风向角度在船体的背风面增设挡流板及倒圆角,对上层建筑进行优化设计,结果表明,经验公式方法计算结果均小于数值计算结果;在风向角为45°~60°,船舶的横向风阻最大;挡流板可以有效改善背风面的涡流场,随着挡流板宽度的增加,风阻改善效果明显,优化方案可最大减少5%的阻力,减小极限风速0.5 kn。

保德煤矿通风阻力测定及结果分析

基于气压计基点测定法,介绍了保德煤矿通风阻力测定的布置方案和计算理论依据。通过对现场测定数据的计算和分析,结果表明:进风段、用风段、回风段3段通风阻力占总阻力的比例分别为30.21%、24.97%、44.82%;矿井等积孔为10.33 m2,总风阻为0.013 N.s2/m8,通风系统自然风压为45 Pa,矿井通风难易程度为容易。针对回风段阻力比较高的情况,根据现场实际情况分析了原因,提出了合理的建议。经计算主测定路线上的通风阻力测定相对误差为1.94%,其精度符合要求。该测定结果可以作为矿井通风系统改造、优化和管理的依据。

角联通风网络风阻特性

为了分析角联通风网络风阻特性.提出了通风网络等效变换定义及求解方法—风压源效应叠加准则,推导了三角形—星形等效变换公式,将角联网络等效变换成简单串并联网络,并对等效变换前后网络通风参数进行网络解算、分析了等效变换精度.系统分析了角联风阻特性,提出了角联分支最佳风阻概念,研究结果表明:角联网络总风阻随角联分支风阻增大依次存在一个递减区间和递增区间.

基于风阻对通风系统的优化

为解决煤矿综采工作面推进和生产能力提升所造成的通风风量不足、风阻增大等问题,以济宁一号煤矿为例开展研究,在对其通风现状分析的基础上,对一采区和三采区的通风阻力进行测定,并对应提出两种优化方案,从改造成本、技术可行性以及解算软件3个层面对方案进行对比,得出采用方案一优化具有明显优势,对方案一的优化效果进行评估。

火灾时期矿井通风系统风阻飘移仿真模拟研究

针对矿井火灾时期矿井通风系统总风阻飘移(改变)的问题,建立矿井通风网络计算机仿真数值模型,编制计算机程序。火灾发生时,在火风压的动力作用下,矿井总风阻发生飘移,即上行风流火灾导致矿井通风机通风系统总风阻增大。当火灾高温烟流处在并联风路的一个分支时,风阻飘移量显著增大,当处在矿井通风主干风路时,风阻飘移量比较小。火灾时期矿井风阻发生飘移的原因是火灾动力对通风系统的干扰,并且是由于通风机处在与外部漏风分支相并联的位置上、火灾点处在某一支风路上而产生的。模拟试验结果表明:风阻飘移量随着火灾火势的增大而增大,通风机能力越大,风阻飘移量越小;提高通风机能力,有利于克服通风机通风系统总风阻飘移的问题;同时,处在并联支路上的上行风流火灾,风阻飘移量也与矿井本身总风阻大小有关,原始风阻越大,风阻飘移量越小。火灾火势与风阻飘移量变化的函数关系在文中给出。

提高通风机运行效率的综合降低风阻方案

为了提高矿井通风机的运行效率,对投产多年的矿井通风系统提出了综合降低风阻方案。使用多参数通风检测仪JFY4、风机扭矩测试仪等设备对风速、扭矩等相关参数进行测量,通过计算得到风机的运行效率数据。通过实施巷道降阻、局部降阻、构筑物降阻、线路优化等措施,提高了通风机的运行效率,降低了电能消耗。

基于百米风阻的工作面阻力测定结果分析

为研究工作面通风阻力测定结果的可靠程度,提出用百米风阻来判断测定结果的误差大小。利用断面单元法对2个矿的工作面通风阻力进行了现场测定,得到百米风阻后反推出各点风量,结果表明:1#矿井第1次测定各点的百米风阻波动明显,推算风量与实测风量偏离较大;第2次测定的百米风阻波动平缓,推算风量与实测风量误差较小;2#矿井测定的百米风阻波动较小,推算风量与实测风量更加吻合。由此得出,巷道百米风阻可以作为判断工作面通风阻力测定结果误差大小的指标,也可为此类数据的合理性分析提供依据。

表面粗糙或带凸起转盘风阻扭矩实验

为研究壁面不同粗糙程度以及带有螺栓等表面凸起的转盘风阻扭矩特性,建立了一个转盘扭矩测量实验台.自由盘测量结果与经典经验关系式较好的符合度验证了测量方法的准确性.分析研究了在不同粗糙度以及附有6种凸起结构的转盘风阻扭矩规律.结果表明,壁面的粗糙会增大转盘受到的扭矩,在所测量旋转雷诺数范围内,从气动光滑一直到粗糙高度0.2mm,扭矩系数增大1倍.基于气动光滑自由盘经验关系式进一步总结出相对粗糙度对于风阻扭矩的影响系数.对比6种凸起引起的风阻扭矩特性发现,叶型凸起会大幅降低风阻扭矩.凸起安装迎风角度的改变会带来10%的风阻扭矩差别.结合自由光滑盘扭矩系数经验关系式,总结出不同凸起形状对于扭矩系数的影响因数.