• 2022年第6期文章目次
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    • 考虑羽流浮力影响的高层建筑周围污染物扩散数值模拟

      2022, 50(6):767-775. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21484

      摘要 (61) HTML (269) PDF 1.96 M (57) 评论 (0) 收藏

      摘要:考虑了由环境空气和气体污染物之间的密度差异所产生的不同羽流浮力效应的影响,采用大涡模拟(LES)方法对一个高层建筑周围的污染物扩散问题进行了数值模拟研究。通过将模拟结果与风洞试验结果对比,验证了LES方法的准确性;同时,讨论了不同羽流浮力对平均浓度分布、浓度输运机制以及浓度脉动的影响。轻质气体所受的正浮力使建筑后方尾流区内竖向对流及湍流通量明显增大,从而增强了污染物的稀释作用;而重质气体在负浮力的影响下则产生相反的效果。除此之外,向上的羽流浮力使浓度脉动进一步增强,而向下的羽流浮力则对其有一定的抑制作用。

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    • 全风向角下小间距双方柱绕流的大涡模拟

      2022, 50(6):776-783. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21485

      摘要 (30) HTML (119) PDF 2.58 M (31) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用大涡模拟方法研究了间距比(P/B)为1.5(P为柱心间距,B为方柱边长)、风向角α 为 0°~90°等条件下双方柱在均匀来流作用下的气动力、流态划分、表面风压和流场特性。研究发现:小间距双方柱流动干扰效应显著,下游柱平均气动力随风向角的变化规律与上游柱和单方柱差异较大,且可能受更大的升力绝对值。将小间距比双方柱绕流分为前角分离流态(α = 0°~10°)、分离泡流态(α = 20°~30°)、附着流流态(α = 40°~60°)及间隙侧分离泡流态(α = 70°~90°)四种模式。附着流流态和间隙侧分离泡流态的间隙区出现较强的负压。尾流负压区的强度随风向角先增强后减弱,在α = 50°附近达到峰值。前角分离流态时双柱具有一个整体的尾流回流区,而在其他流态下上下游方柱均有独立的回流区。

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    • 基于一种标准城市建筑模型的行人高度风环境比较研究

      2022, 50(6):784-792. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21483

      摘要 (47) HTML (236) PDF 1.80 M (52) 评论 (0) 收藏

      摘要:对日本建筑学会(AIJ)提出的标准建筑风环境模型,分别采用风洞试验、基于雷诺平均(RANS)和大涡模拟(LES)的数值模拟方法,开展了考虑不同中央高层建筑高度和来流风向角对周围行人高度风环境影响的详细比较研究。结果表明:RANS和LES模拟得到各测点风速比的变化趋势与风洞试验整体上一致,相对而言,LES模拟结果与风洞试验结果更接近,平均误差约为RANS的1/2;而RANS方法总体上低估了行人高度风速,无法准确反映建筑背风面的风加速状况。随着中央建筑高度的增加,周边行人高度风速逐渐增大,100 m高度的超高层建筑对局部区域风速的加速达到1.6倍;但当中央建筑高度超过150 m、继续增大至200 m时,行人高度风速不再增大。当风向角在0°~90°范围变化时,在高层建筑背风面和角区附近会产生行人高度风场加速的“文丘里效应”;其中当来流风向角为45°时,风加速情况最为显著,显示出斜风来流工况下会对高层建筑周边行人风环境带来最不利的影响。

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    • 时间步长对格子玻尔兹曼法模拟室内气流精度的影响

      2022, 50(6):793-801. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21486

      摘要 (20) HTML (189) PDF 1.64 M (28) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟(LBM-LES)是湍流模拟的新方法,但不恰当的时间步长δt可能会影响其计算精度。首先理论总结了δt可能对LBM-LES湍流模拟造成的影响,阐明过大的δt会导致速度场产生压缩性误差,而过小的δt会导致超松弛碰撞产生速度场的数值振荡。其次,通过对等温室内气流案例进行LBM-LES模拟,定量讨论了δt引起的压缩性误差和数值振荡问题。结果表明,δt较大时流场密度变化剧烈,且格子玻尔兹曼单位的马赫数(M)超过0.3的区域中速度场产生了明显的压缩性误差。同时,过小的δt导致平均及脉动风速均产生了数值振荡,这在网格分辨率较高时尤为明显。建议模拟时在确保δt足够小以满足最大风速区域的M<0.3的基础上,尽量增大δt以防止产生数值振荡。

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    • 基于贝叶斯推断的时变流场下污染源反演

      2022, 50(6):802-811. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21482

      摘要 (25) HTML (221) PDF 1.91 M (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:对5个不同位置的污染源分别做污染物扩散数值模拟,将其计算结果作为测量浓度;利用伴随方程计算时变流场下传感器的模拟浓度。通过测量浓度和模拟浓度构造似然函数,基于贝叶斯推断计算了在时变流场下污染源参数的后验概率。结果表明:污染源参数反演的误差取决于测量浓度与模拟浓度之间的误差。当污染源与传感器的距离较远时,污染源参数的后验概率呈较宽的分布,反演结果具有较大的不确定性;当污染源与传感器距离较近时,反演结果的不确定性得到了显著的降低。此外,还讨论了反演污染源参数时,利用污染物扩散不同阶段的测量数据对反演效果的影响。发现利用扩散初始阶段的测量浓度反演源位置,可以得到比利用稳定阶段数据时更小的反演误差和后验概率标准差,但效果没有得到显著提升。

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    • 基于Nelder-Mead算法的机器人主动嗅觉室内时变污染源定位

      2022, 50(6):812-820. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21481

      摘要 (37) HTML (194) PDF 1.47 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:将Nelder-Mead(NM)算法与机器人主动嗅觉相结合,对室内衰减型和周期型两种时变污染源开展定位研究。首先通过计算流体动力学(CFD)模拟得到这两种时变污染源的浓度场,然后利用NM算法对其定位。结果表明,两种时变污染源的定位成功率均在80 %以上。对机器人数量、响应时间和最大搜索步数这三个影响因素进行讨论,通过分析发现当室内面积为100 m2左右时,机器人数量为5个、响应时间为2 s、最大搜索步数为50步定位效果最好。

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    • >土木工程与建筑学
    • 基于改进剪切应力输运k-ω湍流模型对考虑风向随高度偏转大气边界层的数值模拟

      2022, 50(6):821-830. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21280

      摘要 (21) HTML (8) PDF 1.41 M (34) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于剪切应力输运(SST)k-ω模型,通过修改模型参数、方程源项和湍动粘度,提出了“改进SST k-ω模型”,并采用该模型对考虑风向随高度偏转的大气边界层进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟。通过预前模拟和主模拟两个步骤,对风场自保持的实现方法进行了探讨。研究表明,提出的改进SST k-ω模型可以取得与实测较一致的模拟结果。将预前模拟得到的风剖面作为主模拟的入流边界条件,各物理量均可以在流域中得到较好的保持。

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    • S32001双相型不锈钢高温力学性能试验

      2022, 50(6):831-840. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21259

      摘要 (18) HTML (9) PDF 1.45 M (28) 评论 (0) 收藏

      摘要:对S32001双相型不锈钢进行了高温稳态拉伸试验研究,得到了高温下初始弹性模量、名义屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等主要力学性能指标及其变化规律;利用试验数据研究了Rasmussen模型和Gardner模型的适用性,并基于Rasmussen模型提出了S32001不锈钢硬化指数的计算公式,建立了高温下不锈钢材料本构关系表达式;对比分析了S32001不锈钢与其他种类不锈钢及Q235B结构钢的高温力学性能。研究表明,S32001不锈钢的屈服强度和极限强度随温度升高下降,600 ℃时低于常温时的50 %,但高温下材料强度明显高于S30408不锈钢,具有更加优越的抗火性能。该研究结果可用于结构受火性能研究和抗火设计。

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    • 交错桁架-柱装配式节点滞回性能试验研究

      2022, 50(6):841-851. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21451

      摘要 (18) HTML (12) PDF 2.60 M (28) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对交错钢桁架与柱子装配式连接的工程应用和抗震设计需要,设计了三个不同连接构造的节点,试验研究了由上弦杆、斜腹杆和柱子组成的受轴力循环作用的桁架节点滞回性能,试验表明斜腹杆与节点板的焊接部位是薄弱环节,容易开裂破坏。在以上节点的斜腹杆破坏失效后,选择了其中两个节点,继续试验研究了由弦杆和柱子组成的受弯矩循环作用的框架节点滞回性能。分析了这些节点在斜腹杆失效前后的破坏特征、承载力、延性、耗能能力等性能以及不同连接构造细节对这些性能的影响。研究表明受循环轴力的桁架节点具有较高的承载力和初始刚度,但延性、耗能能力一般,弦杆与柱的连接构造形式对节点性能影响不显著;受循环弯矩的框架节点仍具有较高的抗弯承载力和耗能能力,但是弦杆与柱的连接构造形式对节点性能有较大的影响。为了抵抗地震作用,建议交错钢桁架的H形截面弦杆的上下翼缘应与柱子可靠连接,来确保斜腹杆破坏退出工作后弦杆通过抗弯方式传力到柱子,实现强节点的功效。

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    • 广东阳江海洋砂性土小应变硬化土模型参数的试验研究

      2022, 50(6):852-860. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21264

      摘要 (25) HTML (8) PDF 1.77 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:海上风机结构在风、浪、流等复杂循环荷载作用下需严格控制其振动频率和基础变形,设计时需考虑土体的小应变模量特性。使用固结仪、GDS应力路径三轴仪和弯曲元设备波速测试,获得了广东阳江典型海洋砂土的小应变硬化土模型(HSS)的主要参数,包括砂土的有效应力强度指标和刚度参数等。结果表明:海洋砂土刚度参数G0refE50refEoedrefEurref之间存在倍数关系,可通过经验公式相互转换;天然海洋砂土的小应变剪切模量G0明显低于已有研究中的洁净砂土,最终给出了广东阳江地区海洋砂性土HSS模型参数的取值建议。

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    • 刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

      2022, 50(6):861-870. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21368

      摘要 (15) HTML (13) PDF 1.88 M (24) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。

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    • >交通运输工程
    • 全行驶状态下虚拟轨道列车的动载及道路友好特性

      2022, 50(6):871-878. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21322

      摘要 (18) HTML (6) PDF 1.62 M (38) 评论 (0) 收藏

      摘要:为分析虚拟轨道列车在站间全行驶状态下(牵引、匀速、制动)的动载特性和道路友好性,基于车辆动力学、轮胎动力学、非线性动力学等理论,构建了随机路面激励下的虚拟轨道列车动力学模型,该模型考虑了车辆之间的耦合作用和轮胎?路面的相互作用,并对该动力学模型进行了验证。通过理论分析和数值计算,对虚拟轨道列车在站间全行驶状态下的动载特性和道路友好性进行了探究,同时分析了运行速度、路面等级和加/减速度的影响。结果表明:全行驶状态下的各轮纵向力趋于稳定值,牵引和制动状态下大小相等,方向相反,匀速状态下趋于零。牵引状态下车辆1前轴垂向动载荷均方根值最大,而制动状态下车辆3后轴最大。相较于牵引和制动状态,匀速状态下的道路友好性更优。垂向动载荷均方根值和道路友好性均与运行速度、加/减速度均呈正相关,与路面等级呈负相关。研究内容能够为虚拟轨道列车的运行模式提供建议以提高运行效率,同时,能够为沥青路面的选型提供指导以减缓道路损坏。

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    • 基于三维纹理特征的沥青路面级配预估方法

      2022, 50(6):879-890. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21324

      摘要 (22) HTML (5) PDF 1.96 M (35) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用三维激光扫描获取路面纹理数据,提取基于几何特征的表面性状参数和基于二维小波变换的多尺度特征参数作为模型输入。通过对比参数和分类器对8种已知级配沥青车辙板的分类效果,验证了表面性状参数与二维小波参数相结合,在多层感知机分类下效果最佳。选用多层感知机多元回归算法对8种路面类型级配曲线进行预估,其拟合优度R2高达0.849。采用消融实验分析不同参数的贡献度,发现二维小波能量参数影响较为显著。

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    • 现代有轨电车槽型钢轨型面优化分析

      2022, 50(6):891-898. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21392

      摘要 (18) HTML (7) PDF 1.40 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:建立了现代有轨电车槽型钢轨磨耗预测模型,充分地考虑了独立旋转车轮的轮轨耦合效应,与相关文献结果对比验证了模型的有效性,并对现代有轨电车钢轨磨耗特征进行分析。建立了基于增广高斯径向基函数(AGRPF)钢轨优化模型,并采用序列二次规划法(SQP)和多目标优化原理对该模型进行求解。结果表明:钢轨外轨发生磨耗位置在轨距角Y=30 mm部分,内轨发生磨耗位置在轨顶和护轨部分;钢轨优化型面相比初始型面优化效果在15 %~30 %,可以有效减轻钢轨磨耗尤其侧磨、增大轮轨接触面积和减小轮轨接触应力。研究结果可为有轨电车钢轨选型与维护提供有益参考。

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    • 面向节能的列车驾驶辅助技术研究

      2022, 50(6):899-905. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21439

      摘要 (18) HTML (5) PDF 1.19 M (30) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对当前列车驾驶速度曲线选择具有随机性、随意性这个技术问题与难点,进行节能系统结构搭建,并设计系统信息交互方式。在此基础上,建立列车定时运行节能模型算法。创新建立基于巡航速度的遗传算法模型的求解方法,对列车定时运行节能模型算法进行计算解析,通过对运行能耗和巡航速度的编码来实现最优速度曲线的求解。提出的算法不需要预先确定工况序列表,增加了模型优化的自由度,并使得列车整体的速度曲线显得更加平稳。仿真实验的结果验证了该方法的有效性,经过与典型文献中算例进行比对,证明了该模型的优越性。该求解的最优速度曲线,可通过驾驶辅助信息最终传输到驾驶辅助系统(DAS)车载端进行显示,用于驾驶员行车指导,实现列车驾驶节能的效果。

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    • >机械、车辆与能源工程
    • 重载顶推装备滑动副的摩擦磨损机理

      2022, 50(6):906-914. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21287

      摘要 (15) HTML (10) PDF 2.75 M (36) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究重载顶推装备滑动副的摩擦磨损性能,提出一种可以模拟重载顶推装备顶推过程的试验台,研究以聚四氟乙烯(PTFE)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)/二硫化钼(MoS2)复合材料和0Cr18Ni9不锈钢组成的滑动副在不同载荷且无润滑工况下,摩擦因数变化趋势并揭示摩擦副的磨损机理。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对滑动副磨损后的表面微观形貌和化学成分进行分析。研究结果表明:随着滑动次数的增加,滑动副摩擦因数呈先增大后减小,最后趋于稳定的变化趋势。重载下滑动副摩擦因数初始值高于轻载下摩擦因数,但最终稳定值低于轻载下摩擦因数。轻载下主要磨损机制表现为磨粒磨损和黏着磨损;而重载下主要磨损机制表现为黏着磨损和疲劳磨损。

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    • 汽车风洞非均匀声场偏移导致纯音幅值变化

      2022, 50(6):915-920. DOI: 10.11908/j.issn.0253-374x.21292

      摘要 (22) HTML (16) PDF 1.06 M (32) 评论 (0) 收藏

      摘要:从非均匀声场偏移角度研究汽车风洞流场外测量得到纯音信号声幅值伴随风速大幅变化的机理。以汽车表面可控声源为试验研究对象进行风洞试验,通过传声器获得不同风速下纯音声压级波动幅度,并使用传声器阵列观察到声场的非均匀分布。基于点声源干涉理论模拟重构了非均匀声场,参数化分析了各个反射壁面影响。根据几何声学理论推导剪切层折射产生的声场偏移,较为准确地预测了不同试验风速下纯音幅值变化的趋势。结果证明干涉产生非均匀声场经剪切层折射后偏移是风洞纯音幅值波动的根本原因,使用该声场重构方法能有效减小误差。

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