当今社会,建筑的高层、超高层化迫使城市垂直运输能力不断提升。电梯作为现今主要的垂直交通运输工具,也呈现出大行程、高速度的发展趋势。但电梯运行速度的提升也恶化了电梯的运行环境,如振动加剧、风切声增大等,这不仅会降低电梯的乘坐舒适性及运行安全性,强烈的振动还可能会损坏电梯系统中的精密部件,降低电梯使用寿命。另一方面,现今城市土地资源寸土寸金,所以电梯井道通常设计的较为狭窄。这不仅进一步恶化了电梯的气动特性,也增加了电梯所受到的气动载荷,严重制约着我国超高速电梯的发展。因此,为实现超高速电梯的安全舒适稳定运行,通过对超高速电梯气动特性及其气动优化设计方法进行研究,从而改善电梯的气动特性就显得愈发重要。本文针对超高速电梯现存的主要问题开展了以下研究工作:(1)考虑到电梯的运行速度远低于0.3Ma,即井道内气流属于低速不可压缩流动,故本文中的数值仿真采用了SIMPLE算法来求解井道内气流的流动;并以连续性方程和雷诺时均方程作为井道内流场的控制方程;针对电梯气动外形的优化,本文提出了一种基于椭圆曲线法-最优拉丁超立方试验设计方法-径向基函数代理模型-NSGA-Ⅱ算法的超高速电梯导流罩多目标优化设计方法。(2)基于Lagrange原理,综合考虑导轨随机激励及空气扰动的作用,构建了超高速电梯横向振动的四自由度动力学模型,并通过实验验证了所构建模型的正确性;在超高速电梯的气动力(矩)计算方面,共选取了电梯系统中的四个主要参数开展了参数化研究,所研究参数包括电梯运行速度、轿厢偏移量、轿厢偏转角以及轿厢侧壁至井道壁的距离(DCH);针对4个主要参数进一步细分了24种工况,并利用CFD方法仿真出了各工况下电梯轿厢所受气动力(矩),探究了各参数与轿厢所受气动力(矩)之间的变化关系;基于此,利用Newmark-β法求解了各参数变化对电梯振动加速度的影响程度,这对超高速电梯的气动外形设计的研究具有一定的借鉴意义。(3)考虑电梯运行中的气动载荷作用下轮轨接触刚度时变特性及导轨激励的共同影响,建立了电梯水平振动的17自由度动力学模型;利用高斯白噪声模拟了电梯的导轨激励,并利用Savitzky-Golay滤波器对仿真所得的导轨激励进行了滤波处理;基于Hertz弹性接触理论,建立了预紧力以及气动载荷作用下的轮轨接触刚度模型;气动载荷计算方面,根据电梯的实际运行速度曲线编写了UDF来控制轿厢的运动状态,并利用CFD数值仿真获得了电梯所受到的气动载荷数据;利用Newmark-β法,探究了轮轨接触刚度时变特性对电梯水平振动的影响程度,这为滚轮橡胶刚度的选取提供了一定的理论指导。(4)针对超高速电梯导流罩的最优气动外形多目标优化设计,利用椭圆曲线法对导流罩开展了参数化建模设计,并确定了控制导流罩变形的设计变量,以及导流罩外形设计的可行域;基于最优拉丁超立方设计方法于可行域内确定了初始试验样本点进行训练,通过CFD数值仿真获得了各初始样本点所对应的气动力数据,并分析了各设计变量对各目标值的影响规律;基于RBF建立了导流罩外形与气动力之间关系的代理模型,并通过NSGA-Ⅱ算法进行了优化设计,对比分析了导流罩优化效果,这对今后导流罩的优化设计具有一定的借鉴意义。