火车侧壁风速、风压

《火车侧壁风速、风压》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、1．参考系选择：让火车固定不动，气流以70m/s的速度吹过火车。坐标系定义：x：距离火车头部的流向距离y：距离火车壁面的法向距离2．将火车侧壁看成平板，问题化简为求平板扰流边界层的边界层厚度δ和边界层内各法向高度上的流向速度U。平板层流边界层厚度的理论公式：其中x为距离火车头部的距离；υ=1E-5；U∞=250km/h=70m/s；经计算在各个流向位置的边界层厚度用下表表示。其中x为流向位置，δ为对应的边界层厚度，Rex为当地雷诺数。x(m)δ(m)Rex10.002027.00E+0620.002851.40E+0730.003502.10E+07可知，在距离头部3米以内的距

2、离，层流边界层的厚度很小，不超过4mm.。因此层流边界层的情况可以在工程实际中忽略不计。3．在距离头部3米以后，当地雷诺数超过2E+07后，边界层发生转捩，演化为湍流边界层，湍流边界层相比于层流边界层而言，其厚度迅速增加。平板湍流边界层厚度的理论公式：，其中，且υ=1E-5；U∞=70m/s；计算得到距离头部3米之后的湍流边界层厚度沿流向的变化，见下表。x(m)δ(m)x(m)δ(m)40.047954582540.384677860.066328949560.3960340680.083493777580.407309473100.099811852600.418507376

3、120.115485408620.429630859140.130642519640.440682795160.145371109660.45166586180.159735013680.46258255200.173782529700.473435204220.187551379720.484226009240.201071774740.494957024260.214368414760.505630182280.227461836780.516247306300.240369367800.526810116320.253105801820.537320237340.2656

4、83907840.547779209360.27811481860.55818849380.290408279880.568549463400.302572957900.578863443420.314616538920.589131681440.326545917940.599355367460.338367296960.609535638480.350086292980.619673575500.3617080041000.629770214520.3732370871020.639826544湍流边界层中某一流向位置x上，边界层内速度u(y)沿法向的分布可以用下列公式表达

5、：；例如，如果要求在距离火车头部x=100m位置上，离开火车壁面0.5m处的流向速度，则可以如下计算：，计算后得到，在x=100m，y=0.5m的位置上，u=67.7m/s根据上式和每个x位置对应的边界层厚度δ，即可求在边界层内部各y高度上的速度。而在边界层外部，流速均等于自由来流的速度，即70m/s。4．边界层的压强：在边界层内压强计算可以使用伯努力方程：其中，为自由来流的压强，一般认为是标准大气压，即1E5pa，ρ为空气密度，取值1.225Kg/m3，为所求高度处的速度，为所求高度处的压强，=67.7m/s，代入上式：例如如果要计算在x=100m，y=0.5m的位置上的压强

6、，根据上述已经求出，则=100193.98pa。同理，可求出边界层内部某一位置上的压强。5．参考系转换：现在令火车运动，气流固定，则在x=100m，y=0.5m的位置上由于火车运动带起的空气运动速度为：u空气=U∞-u=70m/s-67.7m/s=2.3m/su空气即为由火车运动引起的气流运动速度，在边界层内从火车壁面向外延伸，速度从70m/s迅速减少到零，在边界层外，可以忽略火车运动引起的气流速度。上述结果均基于附着流动的假设，即假设火车侧壁平直光滑，没有过多的凸起物。如果考虑到火车侧壁并不光滑，则流动不再附着与表面薄薄的一层边界层，可能会出现分离流动并卷起漩涡结构，那么估算

7、在x=100m的位置上，火车引起的气流将在y=1.2m之外才能速度将为零。对于这种火车侧壁并不光滑的情况，并无公式可以应用，因为流动情况非常复杂，即使进行数值计算求解扰流流场，都是一个很大的课题。所以建议不考虑这种火车侧壁并不光滑的情况。