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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

    强横风下高速列车外风挡非定常气动载荷特性研究

    史永达徐晔李雪亮杨明智...
    1782-1792页
    查看更多>>摘要：随着列车服役时间的延长,在恶劣运营环境作用下,外风挡容易出现变形、龟裂等故障问题,危害行车安全.为分析恶劣环境下外风挡的位移、应力及气动激励的变化规律,基于流固耦合振动理论,采用数值仿真方法,分析高速列车以速度250 km/h在不同横风风速环境下运行时,车端外风挡的气动性能和流固耦合特性.研究结果表明:列车不同位置处的外风挡均在迎风侧的尾流区域产生最大位移和应力,且随横风风速的提高而增大.当车速为250 km/h,横风风速为25 m/s时,外风挡的最大位移产生于Fd1-3截面,对应的位移为8.63 mm.气动力频率方面,外风挡所受气动力的主频较为集中,不同位置的气动力主频均围绕一个固定值小幅波动.在15、20和25 m/s横风风速下,外风挡所受气动力主频分别为5、15和19 Hz.综合位移与气动激励情况,二者在整体趋势上有较好的对应关系,位移的响应会略微滞后于气动激励的响应.

    流固耦合高速列车外风挡强横风气动特性

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    低真空管道磁浮列车交会激波流场特性分析

    黄尊地伊严严常宁梁习锋...
    1793-1805页
    查看更多>>摘要：为了解决管道列车高速运行时产生的激波等气动效应问题,通过建立三维仿真模型,针对不同阻塞比、线间距和列车外形,基于DES湍流模型,开展非稳态数值模拟研究,分析列车在低真空管道内交会时的激波流场结构、管道壁面压力、列车表面压力.研究结果表明:随阻塞比的增大,列车前端壅塞长度增加,且正压区域压力增大,激波反射更加剧烈,尾流激波反射强度增大,激波串长度加长;阻塞比增大有助于增大激波和膨胀波的入射角,从而增大激波和膨胀波的反射次数.随线间距的增大,管道内压力波动幅度相对增大,但改变线间距对管道内激波流场结构、管道壁面压力、列车表面压力的影响不大.列车头部压力和尾部激波强度与流线型长度存在一定的关系,随着列车流线型长度的增加,列车前端壅塞长度缩短,车头前端高压区壅塞强度和车尾末端尾流区域激波反射强度均减小.

    低真空管道列车交会阻塞比线间距列车外形

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    升力翼高速列车前后翼干扰特性研究

    张宝珍熊小慧汪欣然耿嘉旭...
    1806-1821页
    查看更多>>摘要：在高速列车车顶安装升力翼旨在通过提高列车气动升力减小轮轨作用力,是一种新型等效减重的手段.升力翼安装到高速列车顶部后,其工作环境与航空相比有很大不同,升力翼与升力翼之间存在相互干扰.以三车编组1꞉10缩比某型CRH高速列车模型为研究对象,采用改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,分别针对不同高度和不同间距布局的两翼高速列车进行数值模拟分析,探讨前后升力翼布局对升翼力列车气动力和周围流场结构的影响规律及其作用机理.研究结果表明:对于不同间距布局,当后翼距离前翼过近时,前翼翼尖涡流的干扰导致流速加大,压差变小,最终使气动升力有所降低;而当前后翼间距过大时,即后翼远离前翼尾流干扰范围,后翼由于无法受到前翼下洗气流的正向作用,使得升力减小.对于不同高度布局,错落式布局下前翼的尾流涡旋由于高度差的原因远离后翼,相较于等高式布局,错落式布局中前翼尾流对后翼造成的干扰程度较小.错落式布局的列车整体升力性能优于等高式布局的列车整体升力性能,且前低后高式布局下,列车的增升效果最好.综合不同间距和不同高度布局的结果可知,对于两翼高速列车,翼间距为0.90H时前低后高式布局的整车气动性能最优,尤其是列车升力可以得到显著提升.

    高速列车升力翼翼间干扰特性计算流体力学

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    高速铁路隧道内气室参数对列车表面气动效应的影响

    陈大伟刘钊杨海波卫梦杰...
    1822-1833页
    查看更多>>摘要：应用三维、可压缩、非定常Navier-Stokes方程和有限体积法,以单线隧道人行通道下方布置单个气室为例,分析隧道内气室参数对列车表面气动压力和横向力的影响.研究结果表明:隧道中加设气室后列车表面压力峰值增大,且当气室位于隧道前部、气室纵向长度较长、气室入口面积较大时,列车表面压力峰值增大更明显;当隧道长156 m、气室位于隧道前部、气室长度L为50 m、气室入口面积A为1.2 m2、车速为400 km/h时,列车表面瞬变压力的正负峰值分别比无气室时的正负峰值大0.2 kPa和0.18 kPa;列车所受横向力在车头经过气室入口时产生波动,且波动时间随着气室长度的增大而延长,气室入口面积增大使横向力波动更为剧烈;安装气室后,列车所受横向力峰值通常低于其自身重力的1%,因此,列车发生倾覆概率较低.

    高速列车隧道气室气动效应

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    高速列车开闭机构涡流发生器的气动减阻设计

    孙佰龙李田张继业
    1834-1845页
    查看更多>>摘要：为了降低列车高速运行受到的气动阻力,采用基于SST(shear stress transport)k-ω湍流模型的雷诺时均法研究高速列车尾车开闭机构位置安装涡流发生器对尾部流动特征以及列车气动载荷的影响.研究结果表明:涡流发生器能显著改变尾车周围的流场,产生一对与原涡流旋向相反的涡流结构,降低尾流涡强度和范围,在尾车安装涡流发生器后,气流流动受到涡流发生器的阻碍产生积聚,从而在尾车表面形成较大的正压区域,降低尾车压差阻力和气动升力;随着涡流发生器安装位置向尾车鼻尖靠近,减升效果逐渐降低,尾车最大减升率为36.8%;尾车阻力随着涡流发生器安装位置向后移动呈现出先减小后增大的趋势,尾车气动阻力最大减阻幅度为4.54%.合理的开闭机构涡流发生器能有效控制尾流结构,进而控制尾车气动力,为高速列车气动减阻提供新思路.

    高速列车涡流发生器流动控制开闭机构数值模拟

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    开/闭口运行对高速受电弓气动噪声特性影响的风洞试验研究

    李波黄思俊靳铠龙杨小雨...
    1846-1854页
    查看更多>>摘要：针对北京中车赛德公司自主研制的高速受电弓开展160～324 km/h风速下的气动噪声风洞实验,对比分析风速、开/闭口运行状态对受电弓气动噪声特性的影响规律,并预测更高风速下的受电弓气动噪声.研究结果表明:受电弓气动噪声及其传播特性与风速、运行状态密切相关,弓头及附近区域受到脱落涡的影响易出现单音噪声.远场噪声总声能以风速的5.6～6.0次方增加,通过数据拟合推测400 km/h风速下开/闭口状态受电弓远场噪声总声压级分别为106.8 dB和106.6 dB.

    高速列车受电弓开/闭口运行气动噪声风洞试验

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    高速列车受电弓上下臂杆气动降噪大涡模拟研究

    许建林公沛霖周一鸣贾永兴...
    1855-1866页
    查看更多>>摘要：受电弓是露置于高速列车顶部的重要受流装置,其所产生的气动噪声是高速列车的主要噪声源之一.为了降低受电弓所产生的气动噪声,采用椭圆截面直杆件和椭圆截面纵向扭转杆件两种方案替代原有上下臂杆的圆形截面直杆件,基于大涡模拟(large eddy simulation,LES)结合Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H)声类比的方法分析流场特征与气动噪声辐射,研究新型受电弓杆件对流场及近、远场气动噪声特性的影响.研究结果表明:在不同列车速度下,与圆形截面杆件相比,椭圆截面纵向扭转杆件受电弓在近、远场辐射的气动噪声有所减弱,具有一定降噪效果;当列车速度为300 km/h时,椭圆截面纵向扭转杆件受电弓远场25 m处声压级最大值可降低约4.3 dB(A),降幅约4.4%;当列车速度为400 km/h时,其近场7.5 m处声压级最大值可降低约5 dB(A),降幅约5.5%.

    高速列车受电弓臂杆气动噪声大涡模拟

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    地铁列车尾部吹吸气控制对尾流特征的影响

    唐银瑜杨明智杜俊涛刘宏康...
    1867-1879页
    查看更多>>摘要：为改善地铁列车尾部流动特征、减小列车气动阻力,提出一种在地铁列车尾部表面吹气及吸气的主动流动控制方法,分析不同吹气形式以及速度下,列车尾部流场及气动阻力的变化,解释列车尾部吹吸气作用下列车气动性能变化的原因.研究结果表明,在尾车施加吹/吸气的主动控制方法可以达到减小列车气动阻力的目的.当吹、吸气速度为0.6U(U为列车速度)时,集中吹气控制的气动减阻效果最为显著,3车编组整车气动减阻率达到了12.9%,非集中吹气次之,为10.9%,吸气控制则为10.3%.尾车吹气控制通过扰动流场来有效抑制流向涡结构,且相比于非集中式吹气,气流方向汇聚于某焦点的集中式吹气可显著提升气动减阻能力;吸气控制则通过吸除尾车肩部近壁区的尾部流向涡,使整车气动阻力降低,但吸气使更强的空气流动加速,使得气动减阻效果下降.因此,建议采用吹气速度为0.6U的集中吹气方式减小钝头列车气动阻力,在该吹气速度下,头车、中车、尾车和全车的气动减阻率分别为0.3%、4.5%、27.6%和12.9%.

    地铁列车流动控制尾部吹吸气动减阻

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    风洞尺寸对高速列车气动性能的影响

    张业杜健尚克明
    1880-1888页
    查看更多>>摘要：采用单因素变量法则,研究风洞尺寸对高速列车气动性能的影响.基于DDES湍流模拟方法采用不可压缩Navier-Stokes方程求解三维非定常流场,得到不同风洞尺寸下1꞉8缩比的高速列车气动性能,并通过与风洞试验结果的对比验证仿真结果的可靠性.研究结果表明:随着风洞尺寸的减小,风洞的阻塞比增大,列车周围气流加速效应更加明显,导致列车表面正负压强均增大,涡强度增加,所受气动阻力、升力增大,当风洞阻塞比从0.61%增加到4.17%时,列车气动阻力增加15%.为获得更好的试验结果,应尽量在大尺寸风洞中进行风洞试验,以减小风洞阻塞效应对实验结果的干扰.

    高速列车气动特性风洞尺寸分离涡方法(DES)

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    250km/h动车组气动载荷及动态气密特征的实车试验

    马瑶余以正夏春晶王雷...
    1889-1899页
    查看更多>>摘要：为了对长期运行的现役列车车体疲劳及静强度提供载荷边界输入条件,并加强对车体气动载荷特性和车内压力舒适性的长期运用评估,采用实车试验的方法得到CRH5A型动车组线路气动载荷和频率特征及不同隧道运行工况下车内外压力波动和车内压力舒适性特征,结合实测数据和所提出的动态气密指数分析方法,计算整车动态气密指数.研究结果表明:在京沈客专沈阳—朝阳试验段,车体绝对气动压差变化范围为-2.53～0.71 kPa;车体外两侧压力无明显主频;间隔1 s和3 s的车内压力变化量最大值分别为294 Pa和383 Pa,尾车的车内压力波动最剧烈.列车通过黑山隧道、下窝堡隧道、扣莫明洞隧道、三棱山隧道4个典型长度隧道的整车动态气密性指数计算结果分别为10.46、12.13、11.06和14.40 s,对于同一列车而言,列车的动态气密指数未因所通过隧道长度的不同而有较明显的离散特征.

    CRH5A型动车组隧道压力波车体气动载荷车内压力舒适性动态气密指数实车试验

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