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面向列车临界气密性能的车/隧耦合关键气动参数匹配机理及应用研究
结题报告
批准号:
51805453
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
牛纪强
依托单位:
学科分类:
E0504.机械结构强度学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
王月明、李田、蔡路、周鹏、王立、张玉斌、周建成、温炎丰、苏超
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中文摘要
高速列车通过小断面隧道引起的强交变气动压力,恶化列车气密性能,造成车体结构疲劳损伤,降低车体气密性,引发乘客人耳不适,严重影响高速列车运行安全性和乘坐舒适性,已成为制约高速铁路发展的主要瓶颈之一。因此,建设以高速列车和乘员为核心,考虑耦合关系,实现车/隧气动耦合关键参数合理匹配,是目前亟待解决的难题。本项目采用理论分析、数值仿真和试验相结合的方法,开展面向列车临界气密性能的车/隧气动耦合关键参数合理匹配研究,旨在探明列车内外交变气动压力波形特点和分布特征,提出用于评价隧道内整列车气密强度的车内外压力取值方法,确定影响车辆气密性能的车/隧气动耦合参数权重,建立面向列车临界气密性能的车/隧气动耦合关键参数匹配优化模型,着力提升高速铁路的技术、社会、经济和环境效益。为我国高铁发展,“一带一路”、“交通强国”和高铁“走出去”国家战略的实施,提供空气动力学方面的相关理论与技术支撑。
英文摘要
The strong alternating pressure load caused by the high-speed train going through a small cross-section tunnel would worsen the train airtightness performance, cause the fatigue damage of the train body structure, reduce the vehicle airtightness, and bring ear discomfort to passengers, and seriously affect the train running safety and human ride comfort. The above has become one of the major bottlenecks in the development of high-speed railway. Therefore, there currently exists an urgent problem to determine the key parameters of coupling system of vehicle and tunnel for vehicle airtightness performance and achieve rational matching of these key parameters through taking the high-speed train as the core and taking account of the coupling between train and tunnel. In this thesis, theoretical analysis, numerical simulation and experiment are adopted as method to study the rational matching method of key parameters of aerodynamic coupling system of train and tunnel for the vehicle airtightness performance. It aims at exploring characteristics of both waveform and distribution of the alternating pressure inside and outside the vehicle, proposing a method for choosing alternating pressure value to evaluate the airtightness strength of the whole train running in the tunnel, determining the weight of parameters of coupling system of train and tunnel for train airtightness performance, and constructing matching and optimization models of key parameters of coupling system of train and tunnel for train critical airtightness performance to improve the high-speed railway technology, social, economic and environmental benefits. This project can provide theoretical and technical support in train aerodynamics for the development of China's high speed rail, and implementation of some national strategies, such as "the Belt and Road", "traffic power" and high-speed rail “going abroad".
高速列车通过隧道引起的强交变气动压力,恶化列车气密性能,造成车体结构疲劳损伤,降低车体气密性,引发乘客人耳不适,严重影响高速列车运行安全性和乘坐舒适性,已成为制约高速铁路发展的主要瓶颈之一。因此,建设以高速列车和乘员为核心,考虑耦合关系,实现车/隧气动耦合关键参数合理匹配,是目前亟待解决的难题。本项目研究了面向列车临界气密性能的车/隧耦合关键气动参数匹配机理。首先针对铁路车/隧系统气动参数繁杂、难辨识、误匹配等问题,项目组基于前期系统开展的铁路车/隧系统气动参数计算,开展聚类分析,辨识出关键气动参数,基本确定了影响车辆气密性能的主要参数。针对大长细比高速列车难以确定合理的交变压力载荷取值区域的问题,结合压力波形特点和分布特征,将车体表面交变压力波视为快速衰减的近似三角波,并大致分为两类:作用于车身壁面区域和作用于列车前部流线型区域,提出基于RMS和RMP的车体气密疲劳强度评价方法,发现采用RMP方法偏保守,认为采用车身区域靠近流线型端头部区域交变压力幅值评价整车交变气动压力为代表进行分析较为合理。结合LHS方法,建立了以车外/内压力为目标的多参数表征的广义函数;通过对影响列车气密性能的参数开展聚类分析和灵敏度分析,确定了车/隧系统关键影响参数,以车外/内压力为目标的车/隧系统关键参数均是车长、车速和阻塞比等,但是灵敏度有一定差异。基于上述研究,建立基于Kriging模型和多目标优化方法的面向车辆临界气密性能(车外交变载荷幅值和车内压力3s变化)的人/车/隧耦合气密安全协同控制方法,初步实现了隧道内压力波有效控制和车/隧气动设计参数合理匹配,误差主要集中在车内压力预测方面。所提方法有效提高高速列车全寿命周期中的使用安全性、可靠性,并显著减少高速列车使用成本,并为既有铁路提速、车型/线路设计以及跨国运行提供高速铁路空气动力学方面依据,具有较为广阔的应用前景和重要的理论价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1080/00423114.2019.1708959
发表时间:2020-02
期刊:Vehicle System Dynamics
影响因子:3.6
作者:Jiqiang Niu;Yueming Wang;Feng Liu;Rui Li
通讯作者:Rui Li
DOI:10.1016/j.jweia.2020.104360
发表时间:2020-11
期刊:Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics
影响因子:4.8
作者:Jiqiang Niu;Feng Liu;Yueming Wang;Zhengwei Chen
通讯作者:Zhengwei Chen
Numerical study on transient aerodynamic behaviors in a subway tunnel caused by a metro train running between adjacent platforms
地铁列车在相邻站台之间运行引起的地铁隧道瞬态气动行为数值研究
DOI:10.1016/j.tust.2021.104152
发表时间:2021-11
期刊:Tunnelling and Underground Space Technology
影响因子:6.9
作者:Xiaoyu Yang;Anjia Shou;Ruijuan Zhang;Jiali Quan;Xuan Li;Jiqiang Niu
通讯作者:Jiqiang Niu
DOI:10.1080/00423114.2020.1794015
发表时间:2020-07
期刊:Vehicle System Dynamics
影响因子:3.6
作者:Jiqiang Niu;Feng Liu;Yueming Wang;Rui Li
通讯作者:Rui Li
Numerical analysis of the aerothermodynamic behavior of a Hyperloop in choked flow
超级高铁在阻塞流中空气热力学行为的数值分析
DOI:10.1016/j.energy.2021.121427
发表时间:2021-12
期刊:Energy
影响因子:9
作者:Yang Sui;Jiqiang Niu;Qiujun Yu;Yanping Yuan;Xiaoling Cao;Xiaofeng Yang
通讯作者:Xiaofeng Yang
高速常导磁浮列车气激振动特性、动态性能劣化机制与控制
  • 批准号:
    52372363
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    牛纪强
  • 依托单位:
低真空管道跨声速磁浮列车流动失稳临界特征、机理与控制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    牛纪强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金