最大波压力范文

最大波压力范文（精选4篇）

最大波压力 第1篇

会车压力波是两相向行驶的列车对周围空气产生强烈扰动, 造成对方车体表面产生压力突变的瞬时压力冲击现象, 它对列车的安全行驶和旅客的舒适性均有很大影响。近几年来, 国内外对列车会车引起的压力波特性以及高速列车安全会车逐渐予以重视, 已利用实验和仿真手段开展了大量研究。田红旗等人对200km/h动车组交会的空气压力波特性开展了风洞试验研究[1], 并分析了列车交会压力波的影响因素[2]。崔桂香等人在水槽拖模实验中应用流向标法显示会车的非定常流场, 给出了会车初期、中期和末期两列车会车流场的二维流谱[3]。国外学者也对高速列车会车产生的压力波及其对列车安全行驶的影响做了研究。KozoFujii等人采用可压缩Euler/N-S方程和计算域分解方法成功仿真了列车会车过程, 强调压力波瞬时冲击对列车安全行驶的重要影响[4]。PierreRicco对列车在6m长的隧道内以150km/h会车开展仿真, 得到了隧道会车压力波对于列车头部等处的影响[5]。

为了真实模拟列车会车相向运动过程, 本文采用计算流体力学软件Fluent中的滑移网格模型, 对不同时速下 (200km/h、300km/h、350km/h和400km/h) 和不同线间距下 (5m和4.4m) 列车会车过程进行了数值模拟。通过对不同车身位置测点压力波幅值对比, 探索了车身上最大压力波幅值出现的位置;同时研究了列车会车的压力波特性随会车速度和线间距的变化规律以及侧向力的变化特性。

1 计算条件及方法

1.1 控制方程

对于一般列车空气动力学问题, 由于车速较低可按不可压流动问题处理。但是高速列车会车时, 两车相对速度将达400km/h到800km/h甚至更高, 空气的压缩性已经不可忽略, 故本文采用流动分析软件Fluent数值求解三维黏性可压缩N-S方程, 方程具体形式如下:

连续方程

动量方程

能量方程

对于可压缩流动, 还须引入理想气体状态方程

其中, E=21uiuj+CVT。ui代表列车周围流场速度, xi、xj代表三个坐标分量, ρ、P、T分别为空气密度、压力、绝对温度, μ为空气动力黏性系数, CV为定容比热, R为气体常数, δij表示克罗内克尔符号。同时为了更好模拟壁面附近流动, 计算中引入标准的k-ε湍流模型。

1.2 边界条件

列车表面设为动壁面条件, 速度大小和方向与列车一致;地面为静止壁面条件。计算域其余外边界设为压力远场条件。流场初始速度为列车真实速度, 压强为101 325Pa, 温度为300K。

1.3 计算模型及计算网格

本文中计算模型是简化后的国产CRH 3动车组, 包括头车、中间车厢和尾车, 车厢之间以风挡连接, 见图1。

计算区域采用混合网格分布, 包括三部分:包围两列车的近场网格和外场网格, 见图2。为了对会车运动过程开展仿真, 采用滑移网格技术, 图2 (a) 中所示的两列车各自的近场网格分别随列车一起运动, 且通过滑移面实现信息交换。

2 压力测点分布

为了研究车体壁面特定位置处压力波随时间的变化规律, 计算过程中需在车体表面选取若干压力测点。列车会车时车体内侧会受到强烈的压力冲击, 而列车外侧和顶部等处压力波相对较弱[6]。因此, 本文仅给出了列车内侧面测点的分布情况, 见图3, 测点沿列车长度方向分为15列 (1、2、…、15) , 沿高度方向分为4行 (A、B、C、D) 。

3 计算结果及分析

从数值计算结果中可以看出, 不同会车速度和线间距下, 各测点的压力波变化规律以及侧向力变化规律一致, 故本文以时速350km, 线间距4.4m为典型工况进行分析。

3.1 压力波产生机理分析

图4为B 8号测点压力时间历程曲线, 从中可以看出该测点先后经历从高压到低压、再由低压到高压的过程, 而且前一个压力波幅值 (头波) 较后一个压力幅值 (尾波) 大, 其原因见图5。

图5为会车前列车头尾部压力分布云图。从图中可以看出列车在高速运行时, 周围流场受到干扰, 头车、尾车变截面附近会出现压力突变。来流在头车鼻端及排障器内凹槽附近滞止, 形成前驻点, 表现为正压 (高压区) ;流动从前驻点向等截面车身发展时, 流管不断收缩, 流动速度不断增大, 压力逐渐减小, 表现为负压 (低压区) ;在尾部车身等截面与变截面过渡区, 车体表面流动为附着流动, 流速增大, 进而产生一负压区 (低压区) ;在列车尾部鼻端附近, 流动减速, 压力得以恢复, 进而产生一正压区 (高压区) 。因此, 当列车经过某一测点时, 该测点依次受高压、低压、低压、高压的影响。但是, 由于空气黏性耗散了流体动能, 列车尾部的负压区及正压区并没有头部那么明显, 其对周围测点的影响没有头部对此测点的影响强烈, 这也是头波幅值大于尾波幅值的原因。

3.2 不同车身测点位置压力波变化特性

图6给出了列车内侧各测点压力波幅值, 从图中可以看出车体内侧同一列车长度位置C、D高度测点压力波幅值均高于A、B高度对应测点压力波幅值。由于C、D高度相近, 压力波幅值也比较接近, 但是大多数区域C行测点压力波幅值高于D行对应测点压力波幅值, 这说明高度方向最大压力波幅值发生在列车鼻端高度位置;而沿长度方向尾车变截面与等截面交接处压力波幅值最大 (第13列) 。

3.3 最大压力波幅值与车速和线间距的关系

表1为同一线间距 (4.4m) 不同时速下C 13号测点的压力波幅值, 表2为同一时速 (350km) 不同线间距下该测点的压力波幅值。从中可以看出, 压力波幅值随速度的增大而增大, 随线间距的增大而减小。时速从200km提高到400km时, 压力波幅值增大357%;线间距从5.0m减小到4.4m时, 压力波幅值增大32%左右。

3.4 会车侧向力变化特性

图7为侧向力随时间的变化关系曲线。由图可知, 交会前期, 列车将受到一个向外的排斥力;交会中期 (两辆列车并齐时) , 列车将受到一个向内的吸力;交会后期, 列车又将受到一个向外的排斥力, 但没有第一次排斥力明显。

表3为同一时速不同线间距下车体侧向力, 从中可以看出, 车体所受的侧向力随会车线间距的减小而增大, 线间距从5.0m减小到4.4m时, 车体所受的排斥力和吸力分别增大19%和44%。

表4为同一线间距不同会车速度下车体侧向力, 从中可以看出, 车体所受的侧向力随会车速度的增大而增大, 时速从200km提高到400km时, 车体所受的排斥力和吸力分别增大3.4倍和3.6倍。

4 结论

综合以上对高速列车明线环境下等速会车压力波特性的计算结果和分析, 可以得出以下结论:

1) 最大压力波幅值出现在尾车等截面与变截面交接处的鼻尖高度位置, 因此该部位的材料比其他部位要保证更大的抗压能力。

2) 列车交会前期, 车体将受到一个向外的排斥力;交会中期, 车体将受到一个向内的吸力;交会后期, 车体又将受到一个向外的排斥力。整体而言, 吸力强于排斥力, 交会前期的排斥力强于交会后期的排斥力。列车在交会过程中的这种侧向力变化特征将对其稳定行驶产生一定影响。

3) 列车所受的压力波幅值和侧向力均随速度的增大而增大, 时速从200km提高到400km时, 其值增大三倍以上, 因此对于列车提速引起的压力波幅值和侧向力增大现象, 需引起足够的重视以保证列车安全稳定行驶。

4) 列车所受的压力波幅值和侧向力均随会车线间距的减小而增大, 合理的线间距也是铁路设计中应考虑的重要因素。

参考文献

[1]梁习锋, 田红旗.200 km/h动车组交会空气压力波试验.中南工业大学学报, 2002;33 (6) :621—624

[2]田红旗, 卢执中.列车交会压力波的影响因素分析.铁道学报, 2001;23 (4) :17—20

[3]崔桂香, 张晓航, 张兆顺.列车交会过程非定常流场的显示.空气动力学学报, 1998;16 (2) :255—259

[4] Fujii K, Ogawa T.Aerodynamics of high speed trains passing by eachother.Computers&Fluids, 1995;24 (8) :897—908

[5] Ricco P, Baron A, Molteni P.Nature of pressure waves induced by ahigh-speed train travelling through a tunnel.Journal of Wind Engi-neering and Industrial Aerodynamics, 2007;95 (8) :781—808

基于小波分析的年最大径流预测方法 第2篇

径流序列可以看成是各种不同成分线性叠加构成的时间序列.利用小波变换良好的`局部化时频分析能力,将年最大径流序列进行分解,使其趋势项、周期项和随机项得以分离.各子序列分别代表不同的时间尺度,反映了各种物理因素对径流过程的影响.然后根据各子序列的特性分别建立幂函数、周期函数或ARMA模型并进行预测.最后将各子序列的预测值合成,得到年最大径流序列的预测值.对宜昌站1991～2002年最大径流量的预测结果表明,该方法是切实可行的.并指出小波包变换在分析中、高频信息方面优于小波变换,有助于进一步提高预测的精度.

作 者：刘晓安  作者单位：华中科技大学水电与数字化工程学院,武汉,430074 刊 名：中国农村水利水电  ISTIC PKU英文刊名：CHINA RURAL WATER AND HYDROPOWER 年，卷(期)：2006 “”(7) 分类号：P333.1 关键词：小波分析   时间序列分析   年最大径流预报  

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中国男人压力最大的城市 第3篇

要说压力,第一个不得不提上海。在这个将要崛起的东方金融中心,男人们的生活压力有目共睹。无论是上海本地人强烈的排外情绪,还是日益高涨的购房压力,足以让男人们在这个全国最大的经济中心佝偻着的背更加弯曲。甚至对于爱情,他们更是不敢想象在经济地位不稳的情况下能娶到一个上海老婆。他们身上背负的压力一点不亚于当年附在孙悟空身上的五指山。

2.北京——贫富差距

这个在奥运期间曾被认为是国人骄傲的首都城市,其实却产生了急速的贫富分化。本地人和一批高官高干、高技术人才稳稳的占据着这个城市的中心地带,艺人、明星、企业家把持着有山有水的黄金郊区,只有一小撮环线区域被奇高的房价给分成了三类九等。即使是养尊处优惯了的北京爷们,也不得不重新审视那贫嘴和悠闲的习性,更别说你是外地来的陌生爷们。等你安营扎寨三代以后,或许这种情况能有所转机。

3.广州——漂泊感

这个花都城市从名字上看起来似乎不应该被归例在里面,至少它也不会这么靠前。但是事实上,这个城市却和北京一样,有着鲜明的贫富划分。非洲人、外地人处在这个城市的边缘,除广州以外的广东人在中间,最后剩下广州人居高临下。生活在这个城市的男人,拿着高薪,却也供着高房价,而且就连堵车,都将要实行上交拥堵费。每天数以十万计的流动人口,让这个城市名副其实的成了打工城市,生活在这个城市的男人,60%怀着一个目的:赚了钱回家。

4.深圳——脆弱的爱情、疯涨的房价

之所以说深圳能这么靠前,是源于深圳这个城市的高节奏。在这个改革开放的前沿阵地,你甚至几个月很难看到你邻居一面,大家就在工作、坐车、睡觉的三点中行色匆匆。虽然这个外来人口占据一半以上的开放城市女多男少,但是对于男人来说,空虚和压力或许才是他们最好的朋友。因为4、5万一平米的房价足以让爱情变得脆弱不堪。他们的压力不仅来自寂寞,也来自日益疯长的房价。

5.重庆——盛产美女,大都外销

被誉为火锅之城的重庆在被划分为直辖市以后,外来人口剧增,这使得这个城市的竞争压力和生活压力也变得空前紧张。更为值得大家乐道的是,重庆更是一个美女之乡,但是对于生活在重庆这个城市的男人来说,这无疑是一种讽刺,因为重庆女人是外销最多的。在这个城市的男人,工资不算高,房价却也不低,女人不少,但看上你的却没有几个。

6.武汉——人才太多

武汉是一个高新技术发达的地区,理工科男人云集,这就造成一种男女比例的严重失衡,而且因为它是有名的长江岸边,经济地位也不弱,地价自然不会很低。按理来说,这个城市不算拥挤,但因为这个城市吸引着一大批的高学历、高技术人才,而且著名大学也不少,所以生活在这个城市里的男人,总会有被压的喘不过气的感觉。

7.天津——买不起房+生理健康

这个挨着北京不远的天津卫普通住宅均价7000-9000元/m2左右,这几年房价猛涨,河东区的都上8000元/m2了,开发区的房价8000元/m2以上,天津的白领月工资一般在3000元左右,随着滨海新区的不断开发开放,天津的房价上升的可能性很大。而且在天津旧城区,城市污染是一个比较严重的问题。男人们在忍受各种煎熬时却还不能有效的保护自己的健康,可想压力有多大。

8.香港——各种压力

之所以把香港放这么后面,是因为香港受政府影响比较大,而且这里明星云集、巨富成堆,生活在这里的男人虽然在忍受着各种压力,但同时也在享受着各种乐趣。只要他们愿意,来内地或者去一个二线城市都可以让压力减去十分之一。

9.长沙——在家玩死pk外出累死=两难

高速列车明线交会压力波特性研究 第4篇

会车压力波是两相向行驶的列车对周围空气产生强烈扰动,造成对方车体表面产生压力突变的瞬时压力冲击现象。尤其是车头、尾通过的瞬间,会对另一车的侧墙产生显著的压力冲击,即形成列车交会压力波。压力波会造成车体侧向摆动,严重时甚至损坏车体结构,如列车头部前窗、中部车厢玻璃以及空调进排风阀口等。压力波传入车内,也会严重影响乘客的舒适性。近几年来,国内外对列车会车引起的压力波特性以及高速列车安全会车逐渐予以重视,已利用实验和仿真手段开展了大量的研究。田红旗等人对200 km/h动车组交会的空气压力波特性开展了风洞实验研究[1],并分析了列车交会压力波的影响因素[2]。崔桂香等人在水槽拖模实验中应用流向标法显示会车的非定常流场,给出了会车初期、中期和末期两列列车会车流场的二维流谱[3]。国外学着也对高速列车会车产生的压力波及其对列车安全行驶的影响做了研究。Kozo Fujii等人采用可压缩Euler/N-S方程和计算域分解方法成功仿真了列车会车过程,强调压力波瞬时冲击对列车安全行驶的重要影响[4]。 Pierre Ricco对列车在6 m长的隧道内以150 km/h会车开展仿真,得到了隧道会车压力波对于列车头部等处的影响[5]。

为了真实模拟列车会车相向运动过程,本文采用计算流体力学软件Fluent中的滑移网格模型,对不同时速下(350 km/h、380 km/h和400 km/h)列车会车过程进行了数值模拟。通过对不同车身位置测点压力波幅值对比,探索了车身上最大压力波幅值出现的位置;同时研究了列车会车的压力波特性随会车速度的变化规律以及侧向力的变化特性。

1 计算方法

1.1控制方程

对于一般列车空气动力学问题,由于车速较低可按不可压缩流动问题处理。但是高速列车会车时,两车相对速度将达到400 km/h到800 km/h甚至更高,空气的压缩性已经不可忽略,故本文采用流动分析软件Fluent数值求解三维黏性可压缩N-S方程,方程具体形式如下。

连续方程

$\frac{\partial \rho }{\partial t}+\frac{\partial }{\partial x{}_i}(\rho u{}_i)=0(1)$

动量方程

$\begin{array}{l}\frac{\partial }{\partial t}(\rho u{}_i)+\frac{\partial }{\partial x{}_j}(\rho u{}_{i}u{}_j)=-\frac{\partial p}{\partial x{}_i}+\frac{\partial }{\partial x{}_j}[\mu (\frac{\partial u{}_i}{\partial x{}_j}+\frac{\partial u{}_j}{\partial x{}_i}-\\ \frac{2}{3}\delta {}_{ij}\frac{\partial u{}_i}{\partial x{}_i})](2)\end{array}$

能量方程

$\frac{\partial }{\partial t}(\rho E)+\frac{\partial }{\partial x{}_i}(u{}_i(\rho E+p))=\frac{\partial }{\partial x{}_j}\left({\rm K}\frac{\partial {\rm T}}{\partial x{}_j}+u{}_i\tau {}_{ij}\right)(3)$

对于可压缩流动,还需引入理想气体状态方程

$p=\rho R{\rm T}(4)$

其中,$E=\frac{1}{2}u{}_{i}u{}_j+C{}_V{\rm T}$。ui代表列车周围流场速度,xi, xj代表三个坐标分量,ρ,P,T分别为空气密度、压力、绝对温度,μ为空气动力黏性系数,CV为定容比热,R为气体常数,δi,j为克罗内克尔符号。同时为了更好地模拟壁面附近那流动,计算中引入标准的k-ε湍流模型。

1.2动网格技术

由于计算过程中列车为运动的,需引入动网格技术,在本次计算中应用的动网格技术主要是滑移网格法和动态层方法。

滑移网格方法将运动物体与静止物体所在的网格区域分别划分网格,在区域交界面上可以使用非连续网格。随着运动区域的平动或转动,不同区域的边界网格在交界面处相互滑移,计算时程序对变量在交界面处插值,并保证两侧通量连续。由于边界网格之间只能相切,不能互相交错,这种方法只适用于物体进行定轴转动(如旋转机械)或平动(如火车交会)等简单运动方式。二维的滑移网格交界面形式如图1。

本文中高速列车算例就是基于此种动网格方法。但物体平动时,仅仅依靠滑移网格头尾就会发生交错现象,流场的外场边界随之改变(如图2)。因此,必须结合另外的网格层状改变方法,如图2中所示加入层状网格改变区域。车头前方区域减少网格层,车尾后方区域增加网格层,从而保证整个流场区域大小不变。该算法的作用方式如图3所示。

底部壁面沿其法向方向向上运动,第j层网格将被压缩,而第i层网格保持不变。当第j层网格高度h满足下式。

h<αchideal。

此时,第j层将和第i层合并形成新的一层网格。其中,αc(0<αc<1)为合并系数,hideal为标准网格高度。

反之,底部壁面沿其法向方向向下运动,第j层网格将被拉伸,而第i层网格保持不变。当第j层网格高度h满足下式,

$h<(1+\alpha {}_s)h{}_{\text{i}\text{d}\text{e}\text{a}\text{l}}。$

此时,第j层将被分割成两层。其中,αs(0<αs<1)为合并系数,hideal为标准网格高度。

这种网格更新算法的特点是:由于只涉及到网格层的增加和减少,网格更新的速度非常快,但是只能用于层状网格。这里的层状网格指的是,六面体网格或者棱柱网格。

1.3边界条件参数

列车表面设为动壁面条件,速度大小和方向与列车一致;地面为静止壁面条件。计算域其余外边界设为压力远场条件。流场介质设定为空气(理想气体),湍流模式为standard k-ε模型,时间步长0.005 s,交会速度为350 km/h,压强为101 325 Pa,温度为300 K,线间距5 m。

1.4计算网格

会车计算使用ICEM划分网格,利用滑移网格和层状网格更新算法进行模拟网格的变化。会车核心区网格如图4。

1.5压力测点分布

列车明线交会共设10列测点,头车、中间车、尾车各四个测点,均位于列车。头车测点mh1、mh2位于头车流线型部分与车身连接处,位置对称布于列车两侧;mh3、mh4位于头车车厢中部,位置对称布于列车两侧;mb1、mb2位于中间车距头车风挡二节车厢长度的位置,对称布于列车两侧;mb3、mb4位于中间车距尾车风挡二节车厢长度的位置,对称布于列车两侧;mt1、mt2、mt3、mt4布于尾车,位置与mh1～mh4相同。其中单数编号均位于会车内侧,双数编号位于会车外侧。示意图见图5。

2 计算结果及分析

从数值计算结果可以看出,不同会车速度下,各测点的压力波变化规律以及侧向力变化规律一致。故本文以时速350 km,线间距为5.0 m为典型工况进行计算。

2.1压力波产生机理分析

图8为头车、中车和尾车内外侧及各测点压力时间历程曲线图,图中左边一列为列车交会内侧的测点压力时间历程图,右边一列为列车交会外侧的测点压力时间历程图。从中可以看出对所有测点先后经历从高压到低压、再由低压到高压的过程,而且前一个压力波幅值(头波)较后一个压力幅值(尾波)大。以头车和尾车为例,其原因可见图6和图7。

图6和图7为会车前列车头尾部压力分布云图。从图中可以看出列车在高速运行时,周围流场受到干扰,头车、尾车变截面附近会出现压力突变。来流在头车鼻端及排障器内凹槽附近滞止,形成前驻点,表现为正压(高压区);流动从前驻点向等截面车身发展时,流管不断收缩,流动速度不段增大,压力逐渐减小,表现为负压(低压区);在尾部车身等截面与变截面过渡区,车体表面流动为附着流动,流速增大,进而产生一负压区(低压区);在列车尾部鼻端附近,流动减速,压力得以恢复,进而产生一正压区(高压区)。因此,当列车经过某一测点时,该测点依次受高压、低压、低压、高压的影响。但是,由于空气黏性耗散了流体动能,列车尾部的负压区及正压区并没有头部那么明显,其对周围测点的影响没有头部对此测点的影响强烈,这也是头波幅值大于尾波幅值的原因。

2.2最大压力波幅值与车速间的关系

表1为头车、中车、尾车以及内、外测点的压力峰值。从中可以看出列车内侧压力波的幅值远大于列车外侧。

由于交会压力波实际上源自于列车对周围流场的影响,即列车周围空间压力分布。而根据列车明线稳态运行章节[2,4]中结论,列车实际上在250 km/h,300 km/h,350 km/h速度运行时已经处于自模拟状态,列车流场中的无量纲压力系数$C{}_p=\frac{{\rm P}}{2\rho V{}^2}$基本与速度无关。所以列车交会压力波幅值基本与速度平方成正比。

2.3会车侧向力变化特性

图9为侧向力随时间的变化曲线。由图可知,交会前期,列车将受到一个向外的排斥力;交会中期(两列车并齐时),列车将受到一个向内的吸力;交会后期,列车又将受到一个向外的排斥力,但没有第一次排斥力明显。表2为同一时速不同线间距下车体侧向力,从表中可知,车体所受的侧向力随会车线间距的减小而增大,线间距从5.0 m减小到4.4 m时,车体所受的排斥力和吸力分别增加约19%和44% 。

3 结论

综合以上对高速列车明线环境下等速会车压力波特性的计算结果和分析,可以得出如下结论:

1)最大压力波幅值出现在尾车等截面与变截面交界处的鼻尖高度位置,因此该部位的材料比其他部位要保证更大的抗压能力。

2)列车交会前期,车体将受到一个向外的排斥力;交会中期,车体将受到一个向内的吸力;交会后期,车体又将受到一个向外的排斥力,交会前期的排斥力强于交会后期的排斥力。列车在交会过程中的这种侧向力变化特征将对其稳定行驶产生一定影响。

3)列车所受压力波幅值和侧向力随会车线间距的减小而增大,因此铁路设计中应考虑合理的线间距。

参考文献

[1]梁习锋,田红旗.200 km/h动车组交会空气压力波试验.中南工业大学学报,2002;33(6):621—624

[2]田红旗,卢执中.列车交会压力波的影响因素分析.铁道学报,2001;23(4):17—20

[3]崔贵香,张晓航,张兆顺.列车交会过程非定常流场的显示.空气动力学学报,1998;16(2):255—295

[4] Fujii K,Ogawa T.Aerodynamics of highspeed trains passing by eachother.Computers and Fluids,1995;24(8):897—908

[5] Ricco P,Baron A,Molteni P.Nature of pressure waves induced by ahigh-speed train travelling through a tunnel.Journal of Wind Engi-neering and Industrial Aerodynamics,2007;95(8):781—808