高速列車明線會車氣動特性研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展，列車高速運行時引發(fā)的空氣動力學(xué)問題也日益突出，尤其當(dāng)兩列車交會時，兩車之間的氣流受到擠壓，在列車表面產(chǎn)生很強的瞬態(tài)壓力沖擊，有可能會使車窗玻璃受氣動沖擊而損壞，如果壓力波傳入密封性不好的客室還可能導(dǎo)致乘客耳鳴、頭暈等不適癥狀。此外，各節(jié)車廂也會受到交變的氣動作用力和力矩沖擊，有可能引發(fā)列車橫向、垂向振動以及蛇形運動，不但加劇了輪軌磨耗，影響列車安全、穩(wěn)定運行，而且嚴(yán)重情況下甚至?xí)a(chǎn)生列車脫軌、傾覆等重大的事故

2、。然而，高速列車明線會車壓力波和氣動作用力(矩)變化規(guī)律，以及影響它們大小的主要因素如兩列車運行速度、列車外形尺寸和線間距或車間距等參數(shù)之間具體關(guān)系式還很欠缺。而當(dāng)列車高速通過聲屏障時，列車風(fēng)產(chǎn)生很大的空氣壓力脈動載荷作用在聲屏障上，對聲屏障的疲勞壽命有很大影響，一旦聲屏障因強度或疲勞破壞而失效，有可能危及行車安全。為了實現(xiàn)高速列車的安全、舒適、低能耗等要求，必須對列車交會過程氣動特性進行深入細致的研究。
　　 文中基于三維、粘

3、性、非定常、可壓縮、非穩(wěn)態(tài)流體控制方程和k-ε紊流模型，采用CFD有限體積法和移動網(wǎng)格技術(shù)對某型高速列車明線會車壓力波和氣動作用力(矩)進行了模擬分析。分析了列車交會時車體表面壓力和氣動作用力(矩)的變化過程，得到壓力波峰值沿列車縱向、垂向的分布規(guī)律，以及各節(jié)車廂氣動作用力之間的異同。通過計算6個線間距下列車以多種速度按照單車靜止交會、等速交會和不等速交會的壓力波與氣動作用力(矩)，找出研究列車以任意速度交會壓力波和氣動作用力(矩)大小

4、的方法，得到會車壓力波和氣動作用力(矩)與列車交會速度、線間距和車間距定量關(guān)系式。此外，還分析了列車等速交會時3種不同類型及2種高度聲屏障壓力波和氣動力，為高速鐵路和高速列車的設(shè)計提供參考。
　　 計算結(jié)果表明：
　　 (1)列車交會時，車身表面各測點會車壓力以及各節(jié)車廂氣動作用力的頭波和尾波峰值大小和形狀與該處的氣流合速度的方向和大小有關(guān)。
　　 (2)列車會車壓力波與氣動作用力(矩)的大小不但與交會列車運行速

5、度大小有關(guān)，而且與相對速度比即通過列車速度與相對速度的比值存在函數(shù)關(guān)系。當(dāng)列車以任意速度交會時，會車壓力波峰值和幅值與相對速度比為6次多項式關(guān)系；氣動阻力系數(shù)與相對速度比為4次多項式關(guān)系；氣動側(cè)向力系數(shù)與相對速度比為2次方多項式關(guān)系；氣動升力系數(shù)、側(cè)翻力矩系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)、偏轉(zhuǎn)力矩系數(shù)與列車相對速度比均為3次方多項式關(guān)系。
　　 (3)會車壓力波和氣動作用力(矩)與線間距或車間距為負指數(shù)關(guān)系。
　　 (4)隨著相對速度

6、比的減小，壓力波和氣動作用力(矩)尾波相對頭波下移，因此對于不等速交會中速度高的列車來說，與列車車尾交會時的氣動特性危害程度有可能遠大于與列車頭車交會氣動特性。
　　 (5)氣動俯仰力矩、偏轉(zhuǎn)力矩在列車交會過程中出現(xiàn)6個峰值，方向改變4次，對列車平穩(wěn)運行影響更大。
　　 (6)不同結(jié)構(gòu)形式的聲屏障所受氣動作用力是不一樣的：單位長度上直立型聲屏障所受氣動力最小，倒L型聲屏障最大，內(nèi)傾45°型居中；聲屏障受到的氣動力隨著列車