基于漩涡发生器的轿厢式客运缆车风效应流动控制方法

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架空索道是能实现远距离客货输运的特种设备,被广泛应用于陡壁、山崖等复杂地形条件下的客货运输作业。整个系统呈现出缆索跨度大、缆车易摆动、系统阻尼小等特点,缆车轿厢具有较强风致效应敏感性。此外,架空索道所处的陡壁、峡谷与山崖等地形往往处于复杂风场环境下,进一步加大了架空索道的风致安全隐患。因此,研究缆车的气动特征以及风效应控制方法对于保障缆车的运行安全至关重要。本文采用数值模拟、现场试验、风洞试验等方法,开展了客运缆车风效应分析研究,并提出了基于漩涡发生器的客运缆车风荷载流动控制方法。具体研究工作如下:(1)通过计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值计算方法研究了典型形状客运缆车的绕流场结构特征,基于此提出了基于漩涡发生器的客运缆车风荷载流动控制方法,提炼出相应控制参数。数值计算结果表明:缆车两侧面存在较大压力差,在缆车的侧面、前后面、上下两侧均观察到不同尺度的漩涡,整体涡结构表现为环状涡,漩涡出现位置与缆车负压区位置相对应。(2)通过风洞试验研究了宽高比分别是1/2、2/3、1/1、3/2客运缆车模型的气动性能,包括平均气动力、脉动气动力、相关性分析和概率分布特征等特征。结果表明:宽高比对缆车的气动力影响较大,从气动选型角度来看宽高比为2/3的长方体模型平均阻力系数和脉动阻力系数最小;阻力和升力之间没有明显的线性相关性。此外,不同风偏角下的气动力的概率密度函数都近似服从正态分布,具有弱偏度和峰度肥胖值。(3)通过风洞试验验证了设置漩涡发生器对于缆车模型平均气动力和脉动气动力的控制效果,并对漩涡发生器的控制效果进行了参数化研究。结果表明:漩涡发生器对宽高比介于1/2-1/1之间的缆车模型风荷载具有良好的控制效果,作用在模型上的风荷载减小3%-13.8%不等。漩涡发生器对于宽高比较小(D/H≤1)的缆车模型分离区抑制程度更大,对于减小缆车模型的压差阻力更为明显。(4)开发了一套风场环境下客运缆车运行监测系统,通过现场试验研究了侧风条件下客运缆车的风致响应。结果表明:运行中的客运缆车以横向摆动为主,同时伴有微弱的扭转运动和前后摆动;缆车的横向摆动主要是由风荷载导致的受迫运动,摆动幅度随风速增大而增大;在缆车的运行周期内,缆车的横向摆动频率基本保持不变,与脉动风频率无关。此外,漩涡发生器可以有效减小缆车的跨中摆动幅度。
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