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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
收录年代

    运动边界对高寒动车组转向架区域风雪运动的影响

    王家斌刘浩源刘操商雯斐...
    1665-1677页
    查看更多>>摘要：采用基于Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)探究运动边界对高速列车底部风雪运动规律及转向架区域积雪分布的影响.研究结果表明:地面的运动有效缓解了转向架底部气流的流向动能衰弱效应,显著增加了转向架2区域的流向速度分布,并影响了雪粒垂向速度分布,致使转向架1区域的表面积雪质量降低33.6%,转向架2区域的表面积雪质量增加20.1%;列车轮对的旋转未影响转向架底面积雪分布,但轮对旋转使后端板周围雪粒垂向速度大幅增加,进而增加了转向架上表面的积雪分布;相较于旋转轮对,在轮对静止条件下,牵引电机、齿轮箱、构架和后端板表面积雪质量分别降低1.5%、2.9%、3.4%和6.4%,转向架2区域的表面积雪总质量整体降低3.2%,因此,在高速列车转向架区域积雪的数值仿真和风洞试验研究中,要尽可能地实现转向架、地面和轮对之间的相对运动.

    高速列车转向架区域风雪流运动边界数值模拟

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    非对称升力翼对高速列车横风气动性能的影响

    李志榕王哲许澳张洁...
    1678-1690页
    查看更多>>摘要：随着高速列车运行速度的不断提升,横风环境下列车运行安全问题日益凸显.为此,从控制气动升力角度提出一种非对称升力翼结构以期形成抗倾覆力矩,并采用数值模拟方法,对比分析原始车型、全展开升力翼车型和收缩迎风侧升力翼车型的气动载荷及列车周围流场结构,探究横风环境下该结构对列车横风气动性能的影响.研究结果表明:升力翼对高速列车气动载荷及周围流场影响显著;列车安装升力翼后主要改变了车顶和车体背风侧表面压力分布以及车顶、车体背风侧和尾流区域的速度分布;车体顶部由于受到非对称升力翼压力面影响,在升力翼下方车顶区域形成了低速高压区且向车体背风侧延伸;同时,车体背风侧表面压力升高,在升力翼下游车体背风侧空间区域,由流动分离导致的漩涡结构发生了明显改变;相比于原始车型,收缩迎风侧升力翼车型(模型Ⅱ和模型Ⅲ)均可减小列车横向力和倾覆力矩;模型Ⅲ效果最显著,3车编组列车横向力和倾覆力矩分别减少13.19%和11.86%.

    高速列车升力翼非对称布置抗倾覆性能

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    新风量对地铁客室咳嗽飞沫传播影响的数值模拟研究

    李恒奎伍钒梁习锋董航...
    1691-1701页
    查看更多>>摘要：优化通风系统参数以降低乘客呼吸道传染病的感染风险是创造安全、舒适的地铁客室出行环境的重要途径.利用欧拉-拉格朗日数值模拟方法对地铁客室中呼吸道飞沫传播进行模拟,研究不同送风量下乘客咳嗽释放的飞沫扩散规律和时空分布特性.研究结果表明:随着新风量增加,车厢通风系统对飞沫粒子的清除速度和效率也相应提高;当新风量为2 000 m3/h时,仅有3.9%的飞沫在30 s内进入废排口;而当新风量为8 000 m3/h时,在10 s内38.9%的粒子进入废排口;车厢内悬浮的粒子数量并非呈线性下降,而是随新风量的增加呈现复杂的变化;随着新风量提高,车厢内主导飞沫运动的气流逐渐由回风产生的气流转变为废排口产生的气流,同时,废排口气流在车厢内形成的涡流区域逐渐增大,导致部分未能快速进入废排口的部分飞沫在车厢内的悬浮时间延长;废排口附近乘客摄入粒子的比例随着新风量的增加表现出显著的差异;随着新风量的增加,在感染乘客同侧区域的乘客被感染风险逐渐减小,而在感染乘客面对区域的乘客被感染风险随着新风量的增加先增加后减小.研究结果可为制定预防地铁客室内呼吸道传染病毒空气传播的控制策略提供参考.

    地铁列车新风量咳嗽飞沫数值模拟

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    升力翼对高速列车通过隧道时气动效应的影响

    王田天黄大飞王钰王军彦...
    1702-1712页
    查看更多>>摘要：在高速列车上安装升力翼可以为高速列车提供升力,降低列车对轨道的压力,从而有效减少轮轨磨损,但安装升力翼对列车在隧道内行驶时的气动性能产生较大影响,为此,基于三维非定常可压缩RNG k-ε两方程湍流模型,对升力翼列车通过隧道时的气动效应进行数值模拟研究.研究结果表明:在列车进入隧道过程中,升力翼尾流结构增大,对列车表面压力产生一定的影响;升力翼尾流使列车表面压力下降,同时升力翼增加车隧阻塞比,使列车表面的压力上升,两者共同影响列车表面压力,导致列车表面压力分布复杂;安装升力翼使列车表面与隧道壁面的压力幅值均增加,列车表面压力幅值最大增加5.4%,隧道壁面压力幅值最大增加14.1%;同时,对隧道出口的微气压波产生不利影响,在距离隧道出口20 m处的微气压波幅值上升4.1%.研究结果可为升力翼的参数优化设计提供指导.

    升力翼高速列车隧道压力微气压波阻塞比

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    高速列车头车流线型区域吹气控制的气动减阻研究

    王鑫然刘堂红陈晓栋夏玉涛...
    1713-1722页
    查看更多>>摘要：为了探索头车流线型区域吹气减阻控制的可行性,采用改进的延迟分离涡模拟方法对不同吹气速度下的列车周围复杂流场进行模拟,通过风洞试验验证数值模拟结果的准确性.研究结果表明:在头车流线型区域采用吹气控制能够显著改变列车周围流场特性;吹气口产生的气流能够避免高速来流对列车表面的直接冲击,有效地减小头车的压差阻力与摩擦阻力;吹气对中间车和尾车的气动阻力影响较小;吹气对列车周围的流场产生干扰效应,使得列车表面部分区域的湍动能增加;当吹气速度增加时,3车模型的减阻率增加,归一化净节约功率增加;当吹气速度为来流速度的0.2倍时,3车模型的减阻率为8.44%,归一化净节约功率为6.74%.

    高速列车数值模拟流动控制气动减阻

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    地铁列车底部几何结构简化对车底流动及电机散热的影响

    马江川杨明智钱博森
    1723-1733页
    查看更多>>摘要：在数值模拟中,几何结构的简化可以有效提升计算效率,降低计算成本.采用基于三维、定常、可压缩的雷诺平均纳维斯托克斯方程(RANS)模型,并充分考虑热辐射,研究3种底部结构简化模型(A、B、C)对地铁列车底部流场以及直线电机表面温度分布的影响,从而评估简化模型的计算精度和效率.研究结果表明:简化底部结构可减小电机后方的尾流面积,使底部流动增强;模型越简化,冷却空气的流量越高,通过简化几何结构可以影响走行风的流通性;冷却风量增加可影响电机的对流换热,相比于原始模型,这3种简化模型使得各电机的温度的平均值分别降低1.2%、2.4%和7.5%;若要在保证计算精度的前提下提高计算效率,考虑到车底的流场分布规律和温度场计算结果,则需对原始模型的转向架的轮轴、刹车盘、横向拉杆和悬挂装置等结构进行简化.

    地铁列车简化模型车底流动散热

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    高速列车转向架区域气动发声尺度特征研究

    卢鑫源刘翰林杨志刚吕镇东...
    1734-1744页
    查看更多>>摘要：基于大涡模拟(LES)和声学有限元法,在400 km/h车速条件下,对1꞉8缩比尺度简化转向架模型进行数值模拟研究,并仿真对比同一模型在1꞉4、1꞉8、1꞉16和1꞉25缩比下的流场扰动特征及气动发声特征.研究结果表明:转向架区域内前缘剪切流与转向架本体以及转向架舱之间的耦合作用明显,可见L1和L2两种典型的循环反馈扰动模式;转向架本体结构间也存在次一级扰动,这些扰动增强了剪切流动的不稳定性;这些扰动循环反馈模式即为该区域气动发声的主要模式.尺度变化较显著改变了转向架区域的流场扰动特征,尤其是L2反馈模式;随着尺度减小,表面脉动压力及声源能量向高频迁移,声源能量先减小后增大(变化范围在2 dB内),且构架和后轮对的声源能量占比有所增加;在缩比为1꞉4、1꞉8、1꞉16和1꞉25时,频率修正后的标准点平均声压级分别为105.5、103.9、104.3、105.1 dB(A)(变化范围在1.6 dB内).对于全尺寸模型,这种差距将进一步扩大.

    高速列车转向架尺度效应气动噪声大涡模拟声学有限元

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    新型气囊结构对高速列车横风气动性能的影响

    张洁许澳岳维刚王哲...
    1745-1757页
    查看更多>>摘要：为保障高速列车在大风环境下的行车安全,提出一种安装于列车背风侧、改善列车横风气动性能的新型气囊结构外形,以三车编组高速列车为基准,建立4种不同气囊-列车模型即气囊列车(模型Ⅰ)、增加气囊横向宽度(模型Ⅱ、Ⅲ)、增加气囊垂向宽度(模型Ⅳ).基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,研究不同气囊模型作用下高速列车横风气动性能.研究结果表明:列车背风侧气囊改变了背风侧车体表面压力分布,列车横向力系数降低、升力系数增大,使得列车倾覆力矩系数减小,高速列车横风气动性能显著提升;随气囊横向宽度增加,列车横向力系数逐渐降低,而升力系数逐渐增大,模型Ⅲ的横风气动性能较优.相较于原始列车模型,模型Ⅲ的横向力系数减小7.09％,升力系数增加12.78％,模型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的倾覆力矩系数分别降低8.43％、11.05％、13.15％;改变气囊垂向宽度对高速列车横风气动特性影响较小,模型Ⅳ倾覆力矩系数降低8.78％,与模型I的优化效果相近.

    高速列车气囊结构横风安全

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    高速列车转向架底部包覆板气动减阻效果研究

    李健曾维毅周垚光谢子豪...
    1758-1770页
    查看更多>>摘要：转向架的复杂机械结构及非流线化外形对高速列车气动性能产生不利影响,优化列车转向架底部流场结构,降低转向架的气动阻力占比,是进一步降低高速列车气动阻力的重要手段.为此,参考现有高速列车转向架结构设计2种转向架底部包覆板,并建立3种转向架包覆方案:方案一为带倾角包覆板+全包围裙板;方案二为平直包覆板+全包围裙板;方案三作为对照组未安装底部包覆板.基于k-ω方程湍流模型,探究不同包覆方案下高速列车气动阻力变化规律,对比分析3种方案对转向架及整车气动阻力、转向架舱内压力分布以及列车底部流动特性的影响,并通过全尺寸转向架风洞试验验证数值仿真的可靠性.研究结果表明:转向架包覆板有效减弱了气流对转向架零部件以及转向架舱后端板的冲击,使得转向架舱内压力分布更均匀,进而降低了转向架气动阻力;方案一和方案二分别使头车阻力系数降低17.3%和22.2%,整车阻力系数降低11.6%和12.9%;与方案二相比,方案一中包覆板两端的倾角能够引导气流进入转向架舱内部,加速舱内的流动循环,有利于牵引电机、轴盘等转向架零部件与外部空气的换热.研究结果可为进一步优化转向架包覆板设计方案、降低列车气动阻力提供参考.

    高速列车包覆结构转向架气动减阻流动结构

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    高速列车作用于人行道盖板的脉动风压特性

    蔡陈之詹晏辉何旭辉邹云峰...
    1771-1781页
    查看更多>>摘要：运行的高速列车对线路两侧人行道盖板施加风荷载,盖板可能被瞬时气动吸力掀翻,也可能在列车风的反复冲击下出现疲劳破坏.以32 m简支箱梁桥为工程背景,对CRH380A型高速列车作用于人行道盖板的脉动风压特性进行数值模拟,分析开孔形式、列车运行速度对盖板表面风压和流场分布的影响,阐述盖板开孔"泄压"的作用机理,并基于抗揭安全裕度对盖板进行掀翻风险评估.研究结果表明:盖板上表面离列车近处压强大,风压极值不随开孔数改变;盖板下表面风压分布均匀,风压极值随开孔数增加而增大.开孔能将列车风引入排水渠,让盖板下表面受到与上表面方向相反、数值较小的均匀风荷载,产生一种压强抵消效应,且开双孔效果更好.与其他线路附属结构类似,盖板表面车致脉动风压数值近似与列车速度的平方成正比.盖板抗揭安全裕度随开孔数的增加而增大,随车速的增加而减小,当车速高于350 km/h时,开双孔盖板仍具有充足的安全裕度.

    人行道盖板高速列车列车风风压特性泄压孔

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