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高速动车组下沉式受电弓区域流场特性研究

铁道车辆 2024年第3期62卷 49-53页

作者：宋军浩鲁海洋陈大伟刘加利中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

高速动车组车顶高压受流设备受运行环境的影响易产生积污积雪现象,进而引发车顶雪闪及高压设备故障问题。为研究高速动车组下沉式受电弓弓盆区域流场特性,文章采用三维不可压缩Navier-Stokes方程和SSTκ-ω双方程湍流模型,对8辆编组高... 详细信息

高速动车组车顶高压受流设备受运行环境的影响易产生积污积雪现象,进而引发车顶雪闪及高压设备故障问题。为研究高速动车组下沉式受电弓弓盆区域流场特性,文章采用三维不可压缩Navier-Stokes方程和SSTκ-ω双方程湍流模型,对8辆编组高速动车组受电弓区域的压力场和速度场进行了数值模拟。研究结果表明:因受电弓监视器、弓盆结构及受电弓弓头的影响,下沉式受电弓弓盆区域流场3车位置和6车位置差异较大;距离弓盆底部平面不同高度位置处平面速度存在低速涡流区,不利于实现气流对弓盆区域冲刷作用。采用减小弓盆深度和弓盆前后斜面倾角方案对弓盆底部区域流场进行了优化,3车受电弓弓盆0~8m/s低速区域占比从61.03%降低至39.68%和6.27%,6车受电弓弓盆0~8m/s低速区域占比从45.77%降低至32.54%和20.39%,气流速度得到明显改善,可以有效避免污物和雪颗粒沉积。

关键词：高速动车组受电弓覆雪闪络流场

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高速列车车门凹腔结构的流致振动特性

中国铁道科学 2023年第5期44卷 158-168页

作者：姚拴宝陈大伟韩运动宋军浩帅仁忠中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家高速动车组总成工程技术研究中心山东青岛266111

流致振动是高速列车设计和运维过程中需要重点关注的问题之一。针对高速列车司机室车门区域的凹腔结构,利用数值计算、风洞试验和实车线路试验相结合的方法,分析车门区域的流场特征和车门出现流致振动现象的主要原因,据此对车门两侧凹... 详细信息

流致振动是高速列车设计和运维过程中需要重点关注的问题之一。针对高速列车司机室车门区域的凹腔结构,利用数值计算、风洞试验和实车线路试验相结合的方法,分析车门区域的流场特征和车门出现流致振动现象的主要原因,据此对车门两侧凹腔结构和扶手进行优化,并对封堵凹腔和扶手内移2种优化方案进行实车试验验证。结果表明:司机室车门上游凹腔结构诱导的展向涡导致车门表面出现高频的脉动压力,列车运行速度越高,压力波动幅值越大,但波动频率锁定在83 Hz,当压力幅值超过车门承受的限值后,车门将出现流致振动现象;气动拉力和气动侧向力是诱发司机室车门流致振动的主要气动载荷,车门宜设置在车体横截面不变区域;通过优化凹腔结构和扶手的形状能够消除司机室车门的流致振动现象;合理改变扶手位置能够减弱凹腔结构引起的流致振动现象;如果要消除流致振动现象,应将扶手改为盖板结构,或者将扶手截面形状改为非圆形截面。

关键词：高速列车凹腔流致振动实车测试数值计算风洞试验脉动压力

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高速地铁通过隧道车外压力波研究

空气动力学学报 2022年第2期40卷 88-93,I0002页

作者：陈大伟丁叁叁宋军浩姚拴宝中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

地铁列车通过隧道时产生的压力波会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响。为了研究地铁列车在隧道内运行时车外压力波动变化规律,本文基于三维可压缩非定常Navier-Stokes方程对地铁列车由明线驶入隧道产生的隧道压力波... 详细信息

地铁列车通过隧道时产生的压力波会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响。为了研究地铁列车在隧道内运行时车外压力波动变化规律,本文基于三维可压缩非定常Navier-Stokes方程对地铁列车由明线驶入隧道产生的隧道压力波进行了数值模拟,归纳了列车速度、隧道断面积、列车编组长度、隧道长度及入口缓冲结构对列车不同位置压力波动幅值变化的影响。结果表明:车外压力波幅值按速度的2.6~2.9次方增长;随着隧道阻塞比增加,车外压力波幅值增大,但在隧道断面面积固定的情况下,断面形状对车外压力波的影响较弱;列车编组长度和隧道长度会造成车外压力波沿列车长度方向非单调分布,工程中应根据实际关心列车位置的压力波动进行优化设计;增加隧道缓冲结构能够抑制车外压力波的幅值。本文的研究结果可为高速地铁气密设计提供参考。

关键词：高速地铁压力波阻塞比列车编组形式隧道长度

谐振腔结构减缓高速磁浮列车隧道出口微气压波研究

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实验流体力学 2023年第3期37卷 1-8页

作者：宋军浩姚拴宝陈大伟丁叁叁杨明智中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111 中南大学交通运输工程学院长沙410075 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室长沙410075

在高速磁浮列车通过隧道过程中,受隧道内壁面和车体表面形成的环状空间限制,列车头部前方气流受到压缩,在隧道入口形成初始压缩波。初始压缩波在隧道内以当地声速传播至隧道另一端出口,部分能量以脉冲形式向外辐射,形成微气压波,严重影... 详细信息

在高速磁浮列车通过隧道过程中,受隧道内壁面和车体表面形成的环状空间限制,列车头部前方气流受到压缩,在隧道入口形成初始压缩波。初始压缩波在隧道内以当地声速传播至隧道另一端出口,部分能量以脉冲形式向外辐射,形成微气压波,严重影响隧道出口附近环境。当高速磁浮列车速度达到600 km/h以上时,这一问题更加显著。为此,提出一种具有谐振腔结构的隧道,采用三维、非定常、可压缩N–S方程和SST k–ω湍流模型研究其对高速磁浮列车通过隧道的气动效应减缓特性,并对2种谐振腔方案的减缓效果进行了数值模拟和动模型试验验证。研究结果表明:在隧道内冗余空间安装谐振腔结构,可以耗散压缩波能量,减小压缩波压力梯度,对隧道出口微气压波现象有明显减缓作用;与无谐振腔结构的隧道相比,谐振腔结构对隧道出口20和50 m处微气压波的减缓效果分别为41.87%和40.15%;微气压波减缓效果与隧道内谐振腔数量成线性关系;动模型试验进一步验证了数值模拟方法优选方案的准确性,不同速度试验结果表明微气压波减缓效果与运行速度正相关。

关键词：磁浮列车压缩波微气压波谐振腔数值模拟动模型

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城际动车组隧道压力波及车内压力波动研究

机车电传动 2022年第6期 44-50页

作者：宋军浩刘加利姚拴宝陈大伟中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

城际动车组大载客量需求使得列车头型变短,城际线路小隧道断面需求使得列车隧道运行阻塞比增大,列车隧道压力波和车内压力波动问题突出,影响乘客舒适性。文章着重研究大阻塞比条件下的城际动车组隧道压力波及车内压力波动特性,基于三维... 详细信息

城际动车组大载客量需求使得列车头型变短,城际线路小隧道断面需求使得列车隧道运行阻塞比增大,列车隧道压力波和车内压力波动问题突出,影响乘客舒适性。文章着重研究大阻塞比条件下的城际动车组隧道压力波及车内压力波动特性,基于三维瞬态可压缩RANS方程和SST k-ω湍流模型,利用滑移网格技术建立城际动车组隧道压力波数值计算方法,研究不同车速、不同隧道直径下的列车隧道压力波特性。通过经验公式,计算不同动态密封指数下的车内压力波动。计算结果表明,隧道压力波主要由车速和阻塞比决定,且车速的影响更为显著。随着车速的增加,客室区和司机室区的车内压力波动显著增大,司机室区的车内压力波动大于客室区的车内压力波动。在车速160 km/h、隧道直径7.2 m和7.4 m条件下,动态密封指数5 s时,客室区和司机室区的车内压力波动达到良好标准;在车速200 km/h隧道直径7.2 m和7.4 m条件下,动态密封指数8 s时,客室区和司机室区的车内压力波动达到良好标准。

关键词：城际动车组压力波车内压力波动阻塞比动态密封指数

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地铁列车客室通风的数值仿真研究

城市轨道交通研究 2023年第8期26卷 138-141页

作者：王维斌陈大伟姚拴宝宋军浩中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111

目的:为了对某地铁列车客室空调通风风道及客室空间的气流组织分布情况进行评估,需要采用仿真分析手段,在列车风道设计阶段对客室空间流场及温度场分布情况进行分析估。方法:采用Star-CCM+软件,建立包含送风道、回风道、导流结构及内装... 详细信息

目的:为了对某地铁列车客室空调通风风道及客室空间的气流组织分布情况进行评估,需要采用仿真分析手段,在列车风道设计阶段对客室空间流场及温度场分布情况进行分析估。方法:采用Star-CCM+软件,建立包含送风道、回风道、导流结构及内装构成风道结构,以及风道内部的线束、排水管、门机构、电器箱,客室内座椅及门窗等在内的三维几何模型,应用多面体网格离散计算域,对风道及客室典型截面的空间流线、速度场、压力场及温度场等进行综合仿真分析。结果及结论:送风道送风均匀,具有良好的导流及流量分配作用。回风道内门机构、电器箱等部件的存在,减小了回风面积,致使局部风速增大。客室空间气流组织分布均匀。客室内部微正压,温度分布均匀。空调通风系统整体技术方案满足工程设计要求。

关键词：地铁列车空调通风风道数值仿真

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轨道车辆车体气密强度试验系统研究与设计

机车车辆工艺 2023年第3期 14-17页

作者：闫中奎姚拴宝陈大伟宋军浩中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

为解决目前车体气密强度试验过程中压力加载系统与应力位移测试系统两者相互独立,测试位移方式为相对位移的问题,基于NI平台,借助NI-CompactRIO微控制器和Labview软件人机交互界面设计,采用迭代学习控制算法,开发了轨道车辆车体气密强... 详细信息

为解决目前车体气密强度试验过程中压力加载系统与应力位移测试系统两者相互独立,测试位移方式为相对位移的问题,基于NI平台,借助NI-CompactRIO微控制器和Labview软件人机交互界面设计,采用迭代学习控制算法,开发了轨道车辆车体气密强度试验系统。该试验系统实现了车体气密强度试验过程中压力加载系统与应力位移测试系统耦合,当车体各测点应力位移测试值超出预警值,会自动反馈控制调节压力加载值,使其泄压,起到有效、及时地保护试验车体的作用,提高试验的安全性及智能化程度;同时能够对不同车型任意断面任意位置处车体结构绝对位移测试,提高测试可靠性及精准度,为车体结构优化设计提供数据支撑。

关键词：轨道车辆车体气密强度迭代学习控制试验系统绝对位移

高精度光谱仪的研制及其在发射光谱测温中的应用

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高精度光谱仪的研制及其在发射光谱测温中的应用

作者：宋军浩大连工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,光谱仪器得到了越来越广泛的应用。它是应用光学技术及光谱技术原理,对物质的结构和成分进行检测、分析、处理的设备。应用于分子发射光谱的光谱仪需要高分辨率、高信噪比、响应时间短等参数要求。本文主要对应用于... 详细信息

随着科学技术的发展,光谱仪器得到了越来越广泛的应用。它是应用光学技术及光谱技术原理,对物质的结构和成分进行检测、分析、处理的设备。应用于分子发射光谱的光谱仪需要高分辨率、高信噪比、响应时间短等参数要求。本文主要对应用于发射光谱测温的光谱仪进行了设计和制作,并在发射光谱实验中进行了应用。结构设计方面,在传统光谱仪结构的基础上,改善了内部的光学系统,提出了一种提高光栅光谱仪波长分辨率的方案。这种光学结构是在光线在光谱仪内部的光路中增加了两块小透镜,相对于普通光谱仪结构而言,这样不仅可以减小光信号在像平面上的横向几何尺寸,而且可以使光谱的波长轮廓更清晰,实际空间图像更大,从而提高了光谱仪的波长分辨率。在CCD选型方面,分析了CCD的相关参数,针对仪器的应用领域的实验需要,选择像素尺寸大(12um)、像素多(2048×506)、曝光时间短(10us)、具备外触发模式以及响应波长的量子效率基本为直线的电制冷CCD。产品开发方面,根据设计的方案实际搭建了一套光栅光谱仪系统,利用CCD摄像机作为光谱仪的光谱信号记录设备。为方便系统光路的调试,选择了一台绿光激光器作为强光源,用电动平移台实现精确控制准直和聚焦透镜的位置,并用电动旋转台精确控制光栅的转动角度。光路调试完成后,用所调试完毕的光栅光谱仪拍摄了钠元素空心阴极灯的两条标准谱线。实验结果表明：仪器的波长分辨率高达0.0559nm,其光栅刻线为1800L/mm,波长响应范围200-1100nm,可以满足分子光谱测量的需要。光谱仪应用方面,用所研制设计的高分辨率光谱仪拍摄了在富氧条件下的乙炔/氧火焰的CH自由基(A-X)电子带系的发射光谱。以双原子分子发射光谱理论为基础,利用稳态分子分布遵循Boltzmann分布律的规律,基于CH自由基跃迁发射光谱的特性,改进了CH自由基电子带系(A-X)发射光谱温度测量的方法,测量了在富氧条件下乙炔/氧火焰上游的转动温度和振动温度。然后利用所拍光谱相关的转动线,推测了乙炔火焰燃烧的转动温度和振动温度。因此,通过分析发射光谱得到较精确的高温气体分子的温度参数的方法,可以为燃烧技术、等离子体技术、航天技术提供主要的温度测量实验基础。

关键词：光谱仪标定分辨率发射光谱振动温度转动温度

轨道列车开关门过程对客室温度影响的数值仿真研究

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铁道车辆 2022年第6期60卷 25-29页

作者：王维斌陈大伟姚拴宝宋军浩中车青岛四方机车车辆股份有限公司国家工程技术研究中心山东青岛266111

轨道列车到达车站后,在开关门过程中,客室内气流与环境气流产生热量交换,特别是在高寒、高热气候条件下,开关门过程会对客室内温度场分布产生一定的影响。为了评估开关门过程对列车客室温度变化的影响程度,文章建立了某轨道列车包括客... 详细信息

轨道列车到达车站后,在开关门过程中,客室内气流与环境气流产生热量交换,特别是在高寒、高热气候条件下,开关门过程会对客室内温度场分布产生一定的影响。为了评估开关门过程对列车客室温度变化的影响程度,文章建立了某轨道列车包括客室空间、送风道、回风道、废排风道等主要结构在内的客室内流场三维几何模型,定义了车门机构区域的运动规律,采用动网格处理了车门机构的开关运动,针对夏季(外温35℃)及冬季(外温-25℃)工况列车开关门过程中客室内温度场变化进行了非稳态计算并分析了客室内流场分布。结果表明,列车整体风道设计可以有效地向客室区域送风,整个客室气流组织分布均匀,60 s开关门过程对车门区域的温度分布产生显著影响,但是对客室区域温度场的影响范围较小而且影响时间较短,在关门后约20~30 s,客室温度分布即恢复到开门前状态。

关键词：轨道列车空调通风开关门温度场数值仿真