基于表面介质阻挡放电的列车流动控制研究

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1、国内图书分类号：TM501密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文基于表面介质阻挡放电的列车流动控制研究年级2015级姓名彭开晟申请学位级别工学硕士专业电气工程指导老师高国强副教授二零一八年五月ClassifiedIndex：TM501U.D.C：621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHEFLOWCONTROLOFTRAINBASEDONSURFACEDIELECTRICBARRIERDISCHARGEGrade：2015Candidate：PengKaishengAcademicDegreeAppli

2、edfor：MasterSpeciality：ElectricalEngineeringSupervisor：GaoGuoqiangMay.2018√西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要高速铁路的建设与发展对我国经济发展起着重要的拉动作用。随着社会和经济的进一步发展，中国高速铁路向超高速方向发展成为必然趋势，超高速动车组的研制已列入国家计划。然而，随着高速列车的进一步提速，其受到的空气阻力也大大增加。当列车速度达到200km/h时，空气阻力约占整个列车阻力的70%以上。列车运行速度提高所带来的空气动力学问题已成为列车提速的制约因素。列车气动特性的优化问题已日益突出并急需得到解决。作为

3、一种基于等离子体的新型流动控制技术，表面介质阻挡放电（SDBD）流动控制技术具有响应速度快，鲁棒性好，体积小等优点，在降低列车空气阻力和改善其气动特性方面具有良好的应用前景。本文基于SDBD流动控制技术，细致研究了不同参数对其工作性能的影响以及其对列车气动特性的控制作用。本论文首先研究了电源参数对SDBD激励器工作性能的影响规律。基于暗场纹影法搭建了纹影测试系统，获得了SDBD稳态诱导气流纹影图，并结合像素强度积分法拟合了SDBD诱导气流的速度曲线。研究分析了电压和频率对SDBD放电特性和气动特性的影响作用。同时，本文系统性的比较分析了SDBD结构参数对其放电特性和气动特性的影响作用。研

4、究分析了不同电极间距对SDBD电压，消耗功率和诱导气流速度的影响作用。基于锯齿形电极，研究分析了锯齿锐度和单位电极锯齿个数对SDBD消耗功率，诱导气流和红外温度的影响，揭示了锯齿形电极对SDBD放电特性、诱导特性和热学特性的作用规律。此外，本文结合Suzen模型，漂移扩散模型和k-ε湍流模型搭建了基于SDBD激励器的列车减阻模型，仿真计算了SDBD激励器对列车的流场控制作用。研究了电压波形，电压幅值和来流速度对SDBD激励器体积力及其对列车气动特性的影响作用。最后在风洞中开展了烟线实验，验证了SDBD激励器对列车流场的控制作用。关键词：高速列车；SDBD；流动控制；Comsol西南交通大

5、学硕士研究生学位论文第II页AbstractTheconstructionanddevelopmentofhigh-speedrailwayplaysanimportantroleinfacilitatingtheeconomygrowthofChina.Withthefurtherdevelopmentofsocietyandeconomy,thedevelopmentofhigh-speedrailwayinChinahasbecomeinevitable.TheresearchofultrafastrailwayshasbeenincludedinChinanationalplan

6、.However,asthehigh-speedtrainspeedsup,theairdragalsogreatlyincreases.Whenthetrainspeedreachesmorethan200km/h,theairdragaccountsformorethan70%ofthewholedragsource.Theaerodynamicproblemcausedbytheincreaseoftrainspeedhasbecomearestrictionforthehigh-speedrailway.Theaerodynamiccharacteristicsofhigh-sp

7、eedtrainsneedtobesolvedurgently.Asanewflowcontrolmethodbasedonplasma,surfacedielectricbarrierdischarge(SDBD)hasmanyadvantagesincludingfastresponse,robustness,smallsizeandsoon,showinggoodapplicationprospectsinthesuppres