列车空气动力学

RailwayTrainAerodynamic（列车空气动力学）交融思想,启迪智慧Stone.ZhaoRailwayTransportationSchool，ECJTUEmail：shiren77@gmail.com引言生活中的空气700万40亿引言引言时速30英里时，阻力削减1%，就能每英里领先5英尺。生活中的空气引言扩展阅读http://www.guokr.com/article/64728/生活中的空气空气动力学是（流体）力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理、化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。列车空气动力学？空气动力学引言提纲●基础知识●列车空气动力学问题●列车空气动力学研究方法●列车外形设计介绍●国内相关研究团队介绍1.空气基本属性一、基础知识物理性质包括空气的温度、压强（也常称为压力）、密度（或比重）、音速、黏性和压缩性等方面。黏性黏性是空气自身相互黏滞或牵扯的特性。从本质上讲，黏性是流体内相邻两层间的内摩擦。压缩性压缩性是指在压强（压力）的作用下或温度改变的情况下，空气改变自己的密度和体积的一种特性。2.相对性原理一、基础知识当物体以某一速度在静止空气中运动时，物体与空气的相对运动规律和相互作用力，与物体固定不动而让空气以同样大小和相反方向的速度流过物体的情况是等效的。3.气动六分力与坐标系一、基础知识XZYYZX二、列车空气动力学问题二、列车空气动力学问题1.列车气动阻力问题二、列车空气动力学问题1.列车气动阻力问题横风情况下这些公式可以统一 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示为：R—列车运行总阻力A—机械滚动阻力，B1—单位速度其它机械阻力B2—内部气流所气动阻力，VA、VG—相对空、地速度CRH动车组单位阻力：二、列车空气动力学问题1.列车气动阻力问题*外部气流地速度和方向（风速和风向）*列车车体流线型程度*受电弓结构*转向架与车底包覆情况*车体表明凸起物*车辆连接部位●影响气动阻力的因素二、列车空气动力学问题2.列车横风安全性问题横风环境下列车受力示意图二、列车空气动力学问题●横风对列车的影响*对气动阻力的影响（偏航角）*对升力的影响，将导致受电弓故障率增加*侧向力和侧翻力矩，影响列车稳定性*兰新铁路1960~1993年大风吹翻列车13起，多棚车和空车；2007年吹翻一旅客列车造成人员伤亡（3,34）*日本100多年的统计截止1986年发生事故28起2.列车横风安全性问题扩展阅读：http://news.qq.com/zt/2007/xjlc/二、列车空气动力学问题二、列车空气动力学问题二、列车空气动力学问题●影响横风安全性的因素*风速和风向*列车横截面形状*侧列车侧面投影面积（列车高度）*列车重量*路基形状和高度*挡风墙（形状、高度、透风率）*线路弯道半径、超高2.列车横风安全性问题二、列车空气动力学问题3.过隧道气动效应问题列车过隧道示意图二、列车空气动力学问题3.过隧道气动效应问题二、列车空气动力学问题●气动阻力问题3.过隧道气动效应问题*阻塞比*隧道和列车长度*列车流线型程度*隧道断面形式*是否有缓冲段*隧道横向连接及内部结构二、列车空气动力学问题●隧道内压波问题3.过隧道气动效应问题*乘客舒适性问题（4~10秒内，变化1~4kPa）*列车强度问题●影响隧道内压力波的因素+*）车辆的整体密封性二、列车空气动力学问题●隧道口微气压波问题3.过隧道气动效应问题二、列车空气动力学问题4.列车交会气动效应问题二、列车空气动力学问题4.列车交会气动效应问题两列车交会时每列车的车头车尾都会在对方列车上产生压力脉冲。德国ICE列车压力实测结果如下图二、列车空气动力学问题4.列车交会气动效应问题●影响会车压力波的因素*列车速度*车辆细长比*列车流线型程度*线间距*列车速度（绝对与相对）*隧环境风速和风向二、列车空气动力学问题5.列车气动噪音问题*列车噪音（内、外）是重要的环境问题*车列车进、出隧道（膨胀波、压缩波）*列车驶过路旁建筑或其它列车（压力脉冲）**气动噪音强度随车速的6次方函数增加，因此列车速度达到300km/h以上二、列车空气动力学问题5.列车气动噪音问题*列车外形形状*列车表面光洁度*受电弓结构形式*路基状况*会车线间距*线路隔音降噪措施●影响列车气动噪音的因素二、列车空气动力学问题6.列车与路旁物体气动效应问题●列车风车头通过时列车风二、列车空气动力学问题6.列车与路旁物体气动效应问题●气体压力脉冲车头通过时气动力注：人距车1.5m二、列车空气动力学问题6.列车与路旁物体气动效应问题二、列车空气动力学问题6.列车与路旁物体气动效应问题●影响因素*列车流线型程度*建筑的形状，人的朝向*列车运行速度*与列车侧壁间的距离二、列车空气动力学问题7.列车内流场问题*空调客车内流场问题流速分布均匀且流速小于0.35m/s,温度、压力分布均匀*机车内流场问题进气口与排气口的布置发热设备的散热二、列车空气动力学问题7.列车内流场问题三、列车空气动力学研究方法*列车线路实测*模型实验*CFD仿真二、列车空气动力学研究方法1.线路实测优缺点？二、列车空气动力学研究方法●优缺点*列费用十分昂贵*建协调困难*环境风不好控制*受线路环境和列车运营条件限制*测点数目有限*新的列车或者线路无法实施1.线路实测三、列车空气动力学研究方法2.模型实验三、列车空气动力学研究方法三、列车空气动力学研究方法●优缺点*费用十分昂贵*相似性准则*受风洞条件限制测量结果往往需要修正*测点数目有限*对于有相对移动的物体模拟困难2.模型实验三、列车空气动力学研究方法3.CFD色彩设计四、列车外形设计1.列车外形设计内容四、列车外形设计1.列车外形设计内容四、列车外形设计1.列车外形设计内容四、列车外形设计介绍2.列车外形设计的流程列车外形设计过程四、列车外形设计介绍3.列车外形设计方法●基于实验的设计方法四、列车外形设计介绍3.列车外形设计方法●仿生学设计方法●仿生学设计方法四、列车外形设计介绍●仿生学设计方法四、列车外形设计介绍四、列车外形设计介绍３００系　　　　　７５　　２４８５００系　　　　　７０　　２４８实验设计方法不足？●仿生学设计方法四、列车外形设计介绍3.列车外形设计方法●数值设计方法四、列车外形设计介绍●数值设计方法●数值设计方法四、列车外形设计介绍3.列车外形设计方法●数值设计方法四、列车外形设计介绍●数值设计方法●数值设计方法*参数化建模方法*DOE*近似模型*优化算法参数化近似模型结束YDOE优化计算N收敛？CFD优化算法四、列车外形设计介绍3.列车外形设计方法●数值设计方法五、国内研究团队五、国内研究团队1.中南大学《列车空气动力学》http://acceer.eng.monash.edu.au/acceer/news/highspeed-train.html田红旗.中国列车空气动力学研究进展[J].交通运输工程学报●研究状况●研究条件2.西南大学五、国内研究团队●研究状况●研究条件http://www.tplswjtu.com/index.php/home/read/55高速列车隧道压力波浅水试验台工业风洞高速列车动模型试验台五、国内研究团队3.华东交通大学●研究状况*列车外形谱系化设计（MDO）*边界层控制技术*列车风建模及应用*极端条件下列车空气动力学●外形谱系化设计武广线共有隧道226座，占近70%,对外形要求？京津线只有1座隧道，对外形要求？沿海与西部大风区，对外形要求？“十二五”科学和技术发展规划五、国内研究团队3.华东交通大学●边界层控制技术列车减阻与降噪压差阻力—流线型黏着阻力—？效果：3%~10%五、国内研究团队3.华东交通大学●边界层控制技术五、国内研究团队3.华东交通大学●风阻制动技术现有技术：增加迎风面积其它途径：？五、国内研究团队3.华东交通大学●列车风场建模及应用有效风速时数在2000～4000ｈ、年3～20m／s风速时数在500～1500h时，该地域即具备安装风力发电机的资源条件。五、国内研究团队3.华东交通大学●极端气候下的列车空气动力学五、国内研究团队3.华东交通大学●列车外形多学科设计优化(MDO)学科间相互影响加剧，如何考虑？系统复杂，如何实施？五、国内研究团队3.华东交通大学网络资源列车空气动力学（一、二）http://www.docin.com/p-395691291.htmlAnillustratedHistoryofAutomotiveaerodynamicshttp://www.curbsideclassic.com/automotive-histories/automotive-history-an-illustrated-history-of-automotive-aerodynamics-part-1-1899-1939/http://www.curbsideclassic.com/automotive-histories/an-illustrated-history-of-automotive-aerodynamics-part-2-1940-1959/Seealso书籍资料田红旗《列车空气动力学》****RailwayTrainAerodynamic论文与讲座：肖京平.高速列车空气动力学研究综述.力学与实践，2013Alexanderorellano.aerodynamicofhighspeedtrains,2010欢迎加入老师让我找兴趣与爱好！！列车外形谱系化设计—shiren77@gmail.com