兰新铁路隧道与路堤相连处防风过渡段接触网风场特性研究

接触网处风场特性对于接触网结构安全及弓网受流具有重要影响,为研究防风设施对接触网处风场特性的影响,根据兰新铁路隧道与路堤相连防风过渡段的实际结构,采用模型实验与数值计算相结合的方法,对列车在隧道内运行、出隧道在无挡风墙及含双侧3m高通透型挡风墙路堤上运行时接触网处的流场特性进行研究,得到上述过渡段接触网不同位置的速度特性。结果表明:在隧道口与5m高路基双侧设3m高通透型挡风墙时,可改善过渡段接触网处风场特性,使接触网附近风速变化平缓;但由于受路堤护坡及挡风墙绕流作用,隧道口处垂直列车方向的速度峰值增大;列车从隧道驶出并进入防风段的整个过程中,接触网处风速变化剧烈,在实际运行中应予以重视。     

兰新铁路强风地区风沙成因及挡风墙防风效果分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"和南疆铁路前百公里强风地区风沙成因进行分析,研究挡风墙后不同高度、不同间距风速变化情况,现场实测挡风墙的"遮蔽效应",对挡风墙的防风效果进行评价.研究结论:兰新铁路强风地区风区大风主要为内陆寒潮性大风,受地形地貌引起的狭管效应、下坡风及局地大气对流效应的影响较大,具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定、起风速度快等特点.现场实测表明,挡风墙防风效果显著,3 m高挡风墙后在3 m高内风速较挡风墙外侧风速大大降低,风速20 m/s时有效遮蔽范围超过38 m,有效地减弱了列车的倾覆力矩.不同条件下挡风墙对沙害减弱的影响还需进一步加深研究,这些结论对于今后铁路防风沙具有一定的指导和借鉴作用.     

大风区铁路挡风墙合理设置

大风作用下列车周围空气的绕流流场变化明显,空气动力显著增大,设置挡风墙及其他防风设施,是保证大风区铁路列车安全运行的主要措施.采用数值模拟计算的方法,对挡风墙距线路的合理位置和挡风墙的合理高度进行研究.结果表明:挡风墙距一线中心线的合理距离为5.7m;随着路况的不同,挡风墙的合理高度不同,2 m深路堑上挡风墙合理高度为...     

兰新铁路现有土堤式挡风墙局部加高优化

随着兰新线上通过列车速度的提高,现有土堤式防风墙的防护效果亟需改善,考虑在原有挡风墙顶部进行局部加高改造。基于三维定常、不可压N-S方程与κ-ε双方程湍流模型,采用棚车为代表车型,在横风风速为50 m/s时,分别对不同加高高度的对称和非对称土堤式挡风墙条件下运行速度为120 km/h的货物列车所受气动力进行了数值模拟,以车辆倾覆力矩为考核指标分析挡风墙加高高度对棚车气动性能的影响。研究结果表明,在现有土堤式挡风墙顶部局部加高能有效地提高其对列车的防风作用;其对称土堤式挡风墙合理加高高度为0.28 m,迎风侧高度1 m和2 m的非对称土堤式挡风墙合理加高高度分别为0.62和0.49 m。结果为工程实际应用提供了理论依据。     

戈壁铁路沿线风沙灾害特征与挡风沙措施及功效研究

为了掌握戈壁地区线路积沙规律以及戈壁地区铁路既有风沙防治工程措施的功效与不足,对新疆戈壁地区铁路沿线戈壁风沙地貌、线路沙害的表现形式、既有防风沙流工程措施功效进行实地调查分析与现场测试。根据戈壁铁路强风现场测试数据计算大风速率残余系数和遮蔽效应系数,分析挡风墙后的风速剖面变化与流场变化特征。结果表明:对于同一高度挡风墙,其遮蔽效应随着墙后距离的增加逐渐减弱,高点位高程的速度衰减快于低点位高程的风速衰减,3 m高挡风墙在墙后距离5 m以内存在低速涡旋积沙区;根据计算,当平均风速不大于41 m.s-1且上风区没有新的沙源补充时,通常设置的3 m高挡风墙基本可以阻挡风沙流的运动。     

强风地区接触网动力稳定性分析

以兰新线强风地区某段接触网为研究对象,根据接触网的结构特点,利用通用有限元分析软件ANSYS建立单个锚段的支持结构与线耦合的有限元模型。采用Davenport功率谱模拟了适用于接触网结构特点的风速时程,应用非线性有限元法获得接触网在不同平均风速下脉动风荷载作用的风振响应时程;根据特征响应点的风振响应时程,运用Budiansky-Roth准则和动态增量法分析比较接触网结构特性对接触网动力稳定性的影响。分析结果表明:由于兰新线百里风区的最大风速达到了74m.s-1,因此选用跨距小于50m、承力索张力大于15kN的接触网结构较为适宜;通过适当增加承力索张力、减小接触网跨距和降低接触导线高度等措施可有效改善接触网结构的抗风稳定性,而增加吊线数对提高接触网动力稳定性的效果较小。     

挡风墙高度和设置位置对车辆气动性能的影响

挡风墙高度是修建挡风墙时必须考虑的重要因素,在强侧风作用下,如果墙太矮,则起不到防风作用,太高则会使车辆有向挡风墙一侧倾覆的趋势。以超薄挡风墙为例,应用FLUENT流场计算软件,按二维定常、不可压纳维尔—斯托克斯方程与标准双方程湍流模型对强侧风作用时棚车车体在挡风墙防护下受到的气动力进行了模拟计算。将挡风墙固定在一个位置,棚车分别置于一线和二线,得到一线和二线上车辆受到的倾覆力矩之和最小时的挡风墙高度,即为合理高度。研究结果表明,挡风墙设置位置变化时,其合理高度也会发生变化,两者之间近似成3次多项式关系。     

戈壁强风区挡风构筑物限制下列车气动力学特性分析

基于数值模拟分析结论,揭示了在风速为35.1 m/s条件下,2种不同既有挡风构筑物结构形式限制下的列车气动力学特性规律。首先计算得到平坦地表列车所受侧向压力为3 645 N,倾覆力矩为7 900 N.m;路基高度为4.0 m时,侧向压力为7 978 N,倾覆力矩分别为17 820N.m;在平坦地表上设置土堤式挡风墙后,侧向压力与倾覆力矩分别减小45%、36%,设置对拉式挡风墙后,侧向压力与倾覆力矩绝对值分别减小94%和96%;当路基高度为4.0 m时,设置对拉式挡风墙后,压力与倾覆力矩绝对值均减小94%。分析表明,在平坦地表上对拉式挡风墙的防护效果好于土堤式挡风墙,得出各种既有挡风构筑物墙后列车的气动力学特性参数指标,为既有挡风构筑物的优化以及后建工程措施提供参考。     

戈壁铁路挡风墙背风侧流场特征与挡风功效研究

为了掌握戈壁地区铁路沿线各种既有挡风墙的功效与不足之处,基于流体数值分析方法,对高度为3.0 m的不同形式挡风墙背风侧在不同风速条件下的流场进行了模拟计算分析。得到了不同形式挡风墙背风侧的流场特点、风向和风速变化规律:对拉式挡风墙背风侧的涡流特征显著,其大风遮蔽效应系数呈现出先降后升的规律性变化;而土堤式挡风墙背风侧不仅不存在涡流区,且大风途经土堤式挡墙后流场运动要素变化较小。计算数据显示,对拉式挡风墙的挡风效果优于土堤式;挡风墙高度为3.0 m时,对拉式挡风墙能够满足要求,而土堤式挡风墙则不能满足要求,需要加以改进。以上研究结论为铁路的安全运行与防风沙设计提供参考与依据。     

风沙流对戈壁地区挡风墙响应规律的数值模拟分析

基于FLUENT欧拉双流体模型,对兰新铁路沿线既有挡风墙周围风沙两相流运动特性进行数值模拟,得到挡风墙背风侧的流场分布特点以及积沙情况。结果表明:挡风墙背风侧风速廓线变化规律呈指数增长趋势,在0.5 m至挡风墙自身高度区间内变化较为复杂,呈先减小后增加的趋势;挡风墙背风侧近地表气流速度反向增大后沿着初始速度的方向减小为0且继续增大至初始速度大小,风速最大值增加的幅度保持在50%左右,风速越大,气流的削弱作用越明显;当初始气流速度为较小时,线路上积沙较少,沙粒多数堆积在挡风墙背风侧墙角处;随着风速的增加,单位时间内通过挡风墙的沙粒增多,由于过流断面减小,气流扩散,更多沙粒沉积在线路上;在强风地区,布设挡风墙时应考察线路上风向的地表情况,沙源比较丰富时应采用工程治沙措施来减小风沙流密度,达到防沙的目的。     

加筋土式挡风墙优化研究

研究目的:使车辆受到的气动力减小及挡风墙建设施工具有良好的经济性。研究方法:采用二维粘性不可压缩雷诺平均应力方程,在横风风速为35．1 m／s时,路堤高度、挡风墙高度、设置位置不同条件下,对加筋土式挡风墙背风侧车辆的气动力进行数值模拟计算。研究结果:确定了挡风墙最佳高度和最佳设置位置随路堤高度的变化规律。研究结论:随着路堤高度的增大,挡风墙最佳高度不断的减小,但减小的幅度越来越小,而挡风墙的最佳设置位置变化幅度较小,基本在3．4～3．5之间。     

强侧风不同挡风墙下棚车气动性能

选用车型为棚车,采用SIMPLEC算法和QUICK精度格式的数值计算方法对强侧风下不同挡风墙类型、不同路堤和挡风墙高度组合棚车的气动性能进行研究.研究结果表明:在防风效果上,土堤式挡风墙最差,加筋对拉式挡风墙相对最优;挡风墙类型为加筋对拉式,当路堤高度一定时,随着挡风墙高度的增加,棚车的倾覆方向由顺风倾覆向逆风倾覆转变...     

大风环境下YW25G型客车横向振动偏移量研究

采用基于机器视觉的车辆动态偏移量检测方法,对YW25G型客车在大风环境下停留和运行时的横向振动偏移量进行了实车测试试验,提出了气动力作用下振动偏移量系数的概念,分析了列车在各种挡风墙后和无挡风墙区段停留时的横向振动偏移量系数,结果表明:得到YW25G型客车在风区停留时的最大横向振动偏移量为67 mm,在风区和非风区运行时的最大横向振动偏移量分别为141 mm和86 mm;无挡风墙时,YW25G型客车的气动力作用下的横向振动偏移量系数最大;在砼枕直插式和砼枕式挡风墙后时,该系数最小;在土堤式挡风墙后的相应系数最大;分别在加筋对拉式、加筋对拉加高式、桥式挡风墙后时,该系数则由小变大.     

兰新高速铁路风沙区段挡沙墙设计参数试验研究

兰新二线风沙路基主要集中于烟墩风区及百里风区,大风条件下极易形成风沙流,挡沙墙是解决风沙对铁路危害的主要措施。为充分发挥挡沙墙的防风沙作用,针对兰新高速铁路沿线风沙流成因及规律进行分析,对挡沙墙高宽比、孔隙率和高度3个参数分别进行对比试验,提出适合该地区铁路防沙的挡沙墙优化设计思路。结果表明:当挡沙墙高度一定时,风沙防护效果与挡沙墙的宽度显现出一定的负相关变化;对于均匀结构的网状沙障来说,孔隙率为40%的防沙效果最优,30%的次之,50%的相对最差;从不同高度挡沙墙的风沙防护效果来看,高度为2.0 m的挡沙墙的风沙防护效果相对较好,高度为2.5 m和1.5 m挡沙墙防沙效果略差。     

基于风场模拟的接触网b值动态响应分析

接触网线索受风振动会造成b值变化,为了将风荷载引起的变化量剔除,对随机风场作用下的接触网进行仿真研究。利用ANSYS软件建立全补偿简单链形悬挂接触网模型;采用谐波叠加法模拟得到随机风场;分析b值风致变化的机理,仿真完成了接触网模型在不同随机风荷载作用下的动态响应分析。研究结果表明:接触网b值风致变化是线索受风偏移导致的结果,横向偏移起主要作用;脉动风场作用下接触网各跨会随机产生不同大小的补偿位移,随着风速提升补偿位移振幅相应变大且变化率呈增大趋势;对于半个锚段12跨接触网,当风速达到41m/s时,补偿位移振幅为60.61 mm,接近棘轮补偿装置断线b值变化量,说明识别断线事故时应考虑风振的影响。     

接触网参数对接触网风致响应的影响及风洞试验验证

大风作用会使接触网发生更大更复杂的振动与风偏,为给大风区接触网的防风设计提供科学依据,采用有限元计算与风洞试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS软件建立包括支撑结构和悬挂部分的有限元耦合模型;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;通过计算不同接触网参数组合方案在风荷载下的风致响应位移,定量分析得出悬挂类型、张力组合、跨距对接触网风致响应的影响。接触网气动弹性风洞试验结果表明,接触网参数对风致响应的影响的研究结果正确。研究成果应用于兰新铁路第二双线大风区接触网系统方案设计和技术参数选择,并作为主要理论支撑之一,形成了首个国内外铁路电化行业的风区接触网装备技术条件。     

兰新高铁大风区接触网正馈线悬挂结构适应性分析

试验和运行经验表明,兰新高铁大风区接触网正馈线(AF线)疲劳磨损问题非常突出。通过理论结合实际的方法,利用有限元三维流体场仿真辅助手段,分析百里、三十里风区挡风墙后方大风运动特征及AF线风场内受挡风墙结构增速影响的运动特点,提出AF线受激励源干扰产生大幅振动的机理。利用现场样本空间数据累计及AF线V形悬挂铰接零部件的运动频次,提出AF线V形悬挂结构合理性设计的关键点及结构匹配重要性,以及限制零部件间磨损的有效措施。     

铁路路堑挡雪墙设计参数优化数值模拟

风吹雪往往在铁路路堑地段形成较厚的积雪,掩埋线路,影响行车速度,危及行车安全,研究其具有重要的现实意义。基于FLUENT软件,模拟研究不同挡雪墙高度、不同风速下,挡雪墙背风侧风雪两相流的运动特性及挡雪墙参数优化设计。研究表明,风雪流初始速度一定时,挡雪墙背风侧积雪宽度随挡雪墙高度增大而变大,沉积在床面上的雪粒更多,阻雪效果越好;挡雪墙高度一定时,背风侧积雪宽度随风雪流速度的增加逐渐增大,挡雪墙距线路的距离也应越大。在综合考虑工程造价和挡雪效果的基础上,挡雪墙设计时,高度宜在2.5~3.5m,高度越高,风速越大,挡雪墙距线路的距离应越大,一般在20~35m即可。