车轮不同开孔面积对车辆气动特性的影响分析

为探究旋转车轮开孔面积对车轮区域以及整车模型流动特性的影响,以Ahmed模型为基础构建带有车轮的整车模型,并通过风洞试验获得车身表面压力特性;借助Xflow软件建立了考虑车轮旋转状态的整车气动特性仿真模型;探究网格划分策略对仿真结果的影响,并与风洞试验压力系数结果进行对比,验证数值方法的可靠性。在此基础上,探究了不同轮辐开孔面积对整车模型气动阻力的影响,并结合涡流结构、流线等流场特性系统分析轮辐开孔面积变化对车轮区域流场性态和整车气动性能的影响机理。研究表明:随着轮辐开孔面积的增大,整车气动阻力先增大然后又略有减小,而轮辐开孔面积的增大会导致前、后车轮气动阻力的同步增加,但车身阻力却有所降低。

镂空式车顶扰流板关键参数对两厢车空气阻力的影响

镂空式车顶扰流板已成为一种汽车造型设计的新思路,对整车空气动力性能也有极大的影响。为了研究镂空式车顶扰流板对整车空气阻力系数的影响,基于比亚迪某款带有镂空式车顶扰流板的两厢车型,以CFD仿真为主要开发工具,分别研究了扰流板角度、镂空通道和D柱扰流板的影响,并与风洞试验结果进行对标。研究发现,镂空式车顶扰流板的角度减小,镂空通道与后风挡距离减小,以及D柱扰流板延伸长度增大均会导致顶部尾流增大,使尾流上下匹配关系发生变化。当上下尾流匹配性更好时,空气阻力系数更低。该研究结果可为后续镂空式车顶扰流板的开发提供经验。

TJ-2风洞汽车模型试验的修正方法

讨论了同济大学TJ-2风涧汽车模型试验的修正方法,通过MIRA标准模型组和桑塔纳2000轿车1/4模型的气动力比较试验,建立了TJ-2风洞汽车模型试验的修正程序。比较试验分别在TJ-2和德国斯图加特大学IVK汽车模型风洞中实施。试验分析数据相比,两者之间修正后的阻力系数误差在0.006以内。比较试验结果证明了TJ-2风洞汽车模型试验测量的可靠性和修正方法的适用性。

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——移动车辆模型风洞试验系统

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,针对车-桥系统气动绕流的特点,研制了一套移动车辆模型风洞试验系统,在风洞中实现了侧向风作用下车辆运动过程中桥梁和车辆各自气动力的同步测试.该系统可以较方便地改变来流风速、车辆运动速度、测试对象以及车辆与桥梁的相对位置等.根据测试信号时程的特点,提出了相应的数据处理方法,分析了车辆运动过程中桥梁和车辆动态气动力的变化特征.试验结果表明,桥梁和车辆的气动力信号较稳定,试验结果比较可靠.

1000kV汉江大跨越塔线体系风洞实验与风振响应分析

以建设中的晋东南—南阳—荆门1000kV特高压输电线路为工程背景,针对输电铁塔风致响应较复杂的特点,进行了气弹模型风洞实验。输电塔气弹模型采用刚性节段加"V"型弹簧片法设计,通过分析实验结果,获得了铁塔的气动力系数和风振响应等数据。在单维多变量随机风场合成方法的基础上,引入了纵向与竖向脉动风速的交叉谱的影响,模拟了三维脉动风速时程。采用抖振响应的时程方法,分析了输电塔线体系的顺风向风振响应,其计算值与实验值吻合较好。结果表明,在风荷载作用下,输电导线与铁塔的相互耦合作用不可忽略。

确定桥梁模型颤振临界风速的实用方法

建立了根据18个颤振导数求解三自由度颤振方程,搜索颤振临界风速的双参数优化模型;将苏通大桥、荆沙大桥和苏拉马都大桥主梁颤振导数代入该优化模型,搜索得到了各自颤振临界风速,并与风洞试验实测及复模态颤振分析结果进行对比,分析了引起差异的主要原因。分析了系统质量、质量惯矩和阻尼对荆沙大桥颤振临界风速的影响;分析了18个颤振导数对苏拉马都大桥颤振临界风速的影响。分析结果表明:双参数优化模型为评价颤振导数的识别精度和定性分析颤振临界风速对颤振导数的敏感性提供了一种有效途径,颤振导数H3*,A1*,A2*对苏拉马都大桥颤振风速影响较为显著,P1*(i=1～6)对颤振风速影响不明显。

车桥系统气动特性的节段模型风洞试验研究

侧向风作用下的车桥耦合振动分析需要考虑相互气动影响的车辆和桥梁各自的气动参数。为考虑车辆和桥梁的相互气动影响,在常规桥梁节段模型三分力测试装置的基础上研制了一种三分力分离装置———交叉滑槽系统。该系统利用环形滑槽和直线滑槽交叉点位置的变化来调整车辆和桥梁间的相对几何关系,并能实现车桥系统的同轴转动,从而方便地进行不同攻角情况下气动力的测试。利用交叉滑槽系统通过节段模型风洞试验对车桥系统的气动特性进行了多工况对比研究,讨论了车桥系统的雷诺数效应,分析了车桥间的相互气动作用,比较了车辆在桥上位置的影响。试验结果表明,基于交叉滑槽系统的节段模型风洞试验测试是可行的;车桥间的相互气动作用对车辆和桥梁的气动力有较明显的影响。

通气模型内流道阻力直接测量技术

推阻特性是吸气式飞行器研制中最为关注的气动特性问题之一。为研究通气模型内流道阻力特性,在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)超高速所的1m高超声速风洞上开展了吸气式飞行器通气模型内流道阻力直接测量技术研究。研究选取吸气式飞行器的一个内流道模块为研究对象,通过将内流道模块与模型其余部分进行分离设计、采用特种应变天平直接测量模型内流道气动力的方法得到通气模型内阻,同时进行了干扰因素分析和试验数据修正方法研究,开展了Ma=4条件下的内流道阻力测量试验并给出了典型试验结果。试验结果表明,通气模型内阻随攻角和喉道高度变化而变化。

格构式塔架顺风向风振响应

基于高频底座测力天平风洞试验数据得到了格构式塔架顺风向一阶振型广义荷载均方根系数和广义荷载谱解析模型,并从修正线性振型广义荷载谱的角度推导了一阶振型广义荷载谱修正方法和高阶振型广义荷载谱表达式,进而利用推导得到的广义荷载谱,计算了3种典型格构式塔架气弹模型的顶部加速度均方根响应,通过将计算结果和气动弹性模型风洞试验数据对照,分析了振型修正对风振响应的影响和高阶振型、气动阻尼对风振响应的贡献,并得到了若干结论。

建筑模型风洞试验阻塞效应研究进展

由于壁面的存在,风洞试验模拟的流场与真实大气的自由流场存在差别.在特定情况下,阻塞效应将对流场和建筑风荷载产生严重影响,导致风洞试验数据产生较大误差.然而,当前结构风工程研究人员对阻塞效应的认识尚且不足.首先,简要介绍了阻塞效应的机理,并归纳了阻塞效应对流场和建筑风荷载的影响.然后,总结了阻塞效应的影响因素(来流特性,建筑的外形、数量和布置方式等),回顾了涉及试验和数值模拟的阻塞效应修正方法,并列出了重要文献中对阻塞比的规定.最后,提出了今后值得研究的方向.

汽车气动阻力系数C_D风洞测量值修正技术研究

根据国外的研究,汽车气动阻力系数C_D值的修正方法主要有阻塞效应、水平浮力效应、尾流压力梯度和喷口压力梯度影响等修正。本文中在国外研究结果的基础上,提出了新的汽车气动阻力系数CD值的综合修正方法,它需要在不同风洞中进行风洞试验验证和CFD虚拟风洞试验验证,并对验证结果进行统计分析。

双曲薄壳冷却塔气弹模型的等效梁格方法和实验研究

双曲薄壳冷却塔振型复杂、群塔干扰及风振效应突出,风洞试验中常采用连续介质薄壳材料模拟冷却塔气弹模型缩尺刚度。鉴于该方法气弹模型设计和加工的特点,在实际工程应用中存在多方面不足。针对存在的问题,提出了双曲薄壳冷却塔气弹模型等效梁格设计方法,推导了梁格法冷却塔气弹模型缩尺刚度计算公式,建议了冷却塔缩尺模型模拟原型结构高雷诺数条件下表面绕流Reynolds数和Strouhal数效应修正和验证办法。设计加工1∶200比例等效梁格冷却塔气弹模型,在同济大学TJ-3风洞中,进行了冷却塔单塔测振风洞试验,在模型频率、振型、气动力参数模拟,风振系数分布和试验易操作性方面均取得良好的较果,较好地避免了传统连续介质模型设计方法的不足。

上海长江大桥车桥系统节段模型涡激共振试验研究

涡激共振通常都在低风速发生,且涡激共振对断面形式的微小变化很敏感,因此有必要研究车辆对车桥系统涡激共振性能的影响。以上海长江大桥为背景,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室TJ-1边界层风洞中进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态下的两种断面形式以及0°、+3°和-3°三种风攻角共6个试验工况节段模型涡激共振试验研究,并将模型试验结果经过振型修正换算到实桥。试验结果表明:桥面有车状态下的竖弯涡振和扭转涡振中分别伴有相同频率的扭转振动和竖弯振动;桥面有车状态的竖弯涡振和扭转涡振幅值明显比桥面无车状态大;桥面有车状态下的涡振锁定风速区间比桥面无车状态下提前。可见车辆明显改变了主梁的气动外形,且无论从振幅还是振动形态方面考虑,车辆对车桥系统的涡激共振影响是不可忽视的。

挠性壁喷管撑杆单位影响曲线相关性研究及其在2m×2m超声速风洞中的应用

对挠性壁喷管撑杆单位影响曲线的相关性进行了研究,提出了一种通过已知单位影响曲线计算同一马赫数相邻撑杆及相邻马赫数同一撑杆单位影响曲线的方法,结合实验影响法成功用于2m×2m超声速风洞二元挠性壁喷管的型面优化,有效提升了第一菱形区核心流速度场均匀性,大大提高了调试效率,降低了调试能耗,缩短了调试周期。该方法对类似喷管型面优化具有借鉴意义。

基于本征模态修正的POD法在风场重建中的应用

POD法是风工程中常用的风场重建方法,但是在重建过程中,部分重建测点风压时程的方差与风洞试验数据相比会有140%以上的偏差。通过分析某高层建筑风洞试验的刚性模型测压试验数据,首先对结构表面风场进行POD时域分解,然后对主坐标进行频域分析,结果表明前3阶主坐标及其对应的本征模态值对重建风压时程的方差值起到91%以上的作用,其中第1阶主坐标的作用超过58%。最后以试验风压时程的方差值为目标,通过修正第1阶本征模态值,对偏差较大测点的风压场重建进行改进,使重建风场的方差值与实际风场方差值的差距缩小到10%以内。

基于计算流体力学汽车冷却风扇优化设计

发动机是汽车的动力源,而冷却风扇是发动机正常工作的重要保证。基于计算流体力学分析方法,对影响冷却风扇性能的结构参数进行分析,对冷却风扇进行优化设计。建立不同轮毂比、叶片数等的三维模型,利用计算流体力学软件FLUENT对模型进行流场分析,选取入口静压、空气流量、有效功率等参数的变化规律进行对比分析,并采用正交分析法分析二者综合作用下冷却风扇结构参数的最优值。选取优化后冷却风扇轮毂比为0.45、风扇叶片10片,采用风洞试验和发动机台架试验对比优化前后冷却风扇性能变化,并对仿真分析的准确性进行验证。结果可知,优化设计后冷却性能变化明显,仿真与试验误差在5%以内,研究方法和结论可以作为设计生产的参考依据。

风电机组风洞测试的阻塞效应分析

风洞测试具有方便、快捷和高效的优势,在风电机组输出功率特性测试中应用较多。测试风轮直径较大时,由于存在风洞堵塞效应,会对测试结果造成影响。以300 W风电机组作为研究对象,分别采用风洞测试和车载测试进行输出功率特性测试。测试过程采用负载法,分别以电阻和蓄电池作为负载进行测试。在风洞截面为3 m×3 m的试验段中测试。机组空载启动风速为4. 3～4. 8 m/s;以电阻为负载时的额定风速为6. 2 m/s;在车载测试中,机组空载启动风速为5. 7～6. 2 m/s,以电阻为负载时的额定风速为8. 1 m/s。风洞测试比车载测试的启动风速低1. 4 m/s,占车载测试启动风速的24. 6%,比车载测试额定风速低1. 9 m/s,占车载测试额定风速的23. 5%。风轮直径2. 3 m,其扫掠面积占风洞试验段截面面积的46. 2%,风洞的堵塞效应较大,致风洞测试数据与车载测试数据相差较大,因此风洞测试后需要修正。

上海长江大桥节段模型气动三分力试验

以主跨为730 m的钢主梁斜拉桥为对象,研究了栏杆、汽车等对汽车-钢主梁桥面系统的气动三分力系数的影响。进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态和施工状态下的75个试验工况节段模型测力试验研究,并利用获得的三分力系数进行了全桥静风响应分析。结果表明:栏杆增加了主梁的阻力系数;桥面车辆的存在使车-桥系统的阻力系数降低,升力系数的绝对值变小,升力矩系数绝对值变小;3种状态中三分力系数越大,相应的侧向、竖向和扭转响应越大;随风攻角变化,栏杆、汽车对车-桥系统阻力、升力和升力矩的影响各不相同。

考虑风向角影响的风-车-桥耦合振动研究

研究目的:气流流经列车时,由于大气来流、线下结构和地形条件等影响,列车所受风荷载不一定为横风情况(90°风向角)。针对不同风向角下,风荷载作用下的列车通过典型铁路桥梁的动力问题,本文以20跨32 m高速铁路简支梁桥为背景,对不同风向角下桥上列车的气动特性进行风洞试验研究,并通过建立的基于刚柔耦合法的风-车-桥系统模型进行动力响应分析。研究结论:(1)随着风向角的减小,车辆的阻力系数逐渐减小;(2)随着风向角的减小,车辆的轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数和横向加速度动力响应值呈减小趋势;竖向加速度无明显变化规律,但在风向角为90°时竖向加速度最大;(3)横风情况时车辆的各动力响应值最大,行车最为不利;(4)本研究成果可为考虑复杂来流情况的风-车-桥耦合振动分析提供参考。

高层建筑风洞试验阻塞效应修正的尾流面积法

基于合理的假定和流场模式,利用动量守恒定理和连续性方程,以尾流面积比作为主要参数,推导了高层建筑风洞试验阻塞效应修正方法——尾流面积法,并通过试验结果对该修正方法进行验证.最后,将尾流面积法与Maskell方法的修正效果进行对比.结果表明:试验结果较好地符合尾流面积法的基本假定;采用尾流面积法修正后的模型平均风压和平均阻力系数较为满意;在小阻塞比(4.1%和6.1%)时,尾流面积法与Maskell方法的修正效果接近,但在大阻塞比(8.4%和10.1%)时,尾流面积法修正效果优于Maskell方法.