高速列车减阻技术试验研究

为改善高速列车空气动力学性能,减小列车阻力,采用风洞试验方法针对高速列车转向架区域、车端连接区域及车底排障器导流罩区域进行优化设计与方案对比,得出如下结论:转向架区域的空间越小,减阻效果越好,若增加底部导流板可减阻3.4%,增加外风挡可减阻1.9%;排障器导流罩距轨面高度越小、后端距离转向架空腔越近,减阻效果越好,可减阻2.1%。此研究结果可为高速列车气动结构优化设计提供依据,具有重要的现实意义。     

高速列车受电弓减阻的风洞试验研究

我国对列车气动阻力的研究主要考虑列车的头型、断面形状和底部外形等方面,在受电弓减阻方面也主要是考虑受电弓的结构外形,然而对于受电弓残阻的风洞试验研究比较少.为了获得某高速列车的空气动力特性,并考察受电弓各种减阻措施的效果,在中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所的8 m×6 m风洞中进行了列车模型的风洞试验,在风洞试验中通过在受电弓前部安装各种导流罩和风挡来测试其对受电弓阻力的影响.试验结果表明:受电弓的存在会对列车的气动阻力有约3.2%的增加;在头车尾部安装反向导流罩能有效的降低受电弓的气动阻力;在受电弓前郝安装风挡,这种风挡在侧偏角为0°时对受电弓的减阻有一定效果.     

高速列车局部外形气动优化设计研究

随着高速列车运行速度的提高,列车外形对气动性能的影响越发显著。以中国标准动车组为原型建立1:8比例3车编组仿真模型,对3种转向架裙板减阻方案、5种排障器导流罩减阻方案、4种车厢连接处外风挡减阻方案进行风洞试验。在60m/s风速,0°侧偏角条件下,裙板最优方案能使整车减阻10.2%;排障器导流罩最优方案能使整车减阻2.1%,外风挡最优方案能使整车减阻1.8%。试验结果为进一步优化中国标准动车组气动外形提供了理论参照。     

城际列车气动阻力组成分析及减阻研究

采用基于SSTκ-ω的DDES数值模拟计算方法,对城际列车的气动阻力进行研究。分析城际列车的阻力分布及组成,根据列车流场变化对列车表面进行平顺化,主要优化车下设备、风挡和空调等部位,分析各种措施减阻效果。通过对结果的分析对比,得出了其变化规律:列车气动阻力主要由压差阻力组成,占总阻力的70%~90%;列车转向架、车下设备、受电弓及风挡连接处流场变化比较剧烈,需通过外形优化进行减阻。优化模型减阻效果显著,以设备舱的形式封装车下设备,总气动阻力下降3.7%;封装车下设备的同时采用外风挡,列车总气动阻力下降12.7%;增加2种不同角度的空调导流装置,总气动阻力分别下降16.3%和18.9%。     

高速列车流线型转向架与底部导流板的气动减阻效果研究

为适应高速列车进一步提速的更低气动阻力实际需求,针对CR400AF型高速列车动车转向架和带头型简化车体,应用底部流动导向控制思想,采用附加轻质易造型材料包覆原有部件的理念,开展转向架各部件流线型化和车体底部导流板综合减阻效果的验证试验与数值仿真研究。验证试验选择有无导流板的流线型转向架带简化车体模型,在3种试验速度工况下阻力试验值与仿真值误差均少于10%,验证了数值仿真的可靠性,带导流板试验模型较不带导流板试验模型均有减阻。数值仿真研究运用Realizable k-ε湍流模型,采用切割体笛卡尔网格划分技术,并在边界层内采用棱柱层网格,控制第1层网格的厚度,确保y+值能满足壁面函数要求。经稳态明线运行的仿真模拟网格无关性检验后,探究了流线型动车转向架与导流板组合运用的气动减阻特性及效果。对比了流线型动车转向架与安装导流板前后动车转向架、简化车体以及转向架舱上的阻力变化情况和压力分布变化情况,分析了转向架区域的流场结构变化。数值仿真结果表明：流线型设计的动车转向架相较于原始动车转向架有一定的减阻效果,在400 km/h的运行速度下减阻率达到1.08%。流线型设计动车转向架与导流板组合运用后...     

高速列车表面随行波微细结构减阻技术研究

针对高速列车车头流线型区域、转向架区域隔墙部位、风挡区域端墙部位共3个具备减阻潜力的部位布置了不同形状、尺寸及布置方式的随行波微细结构,通过仿真计算和风洞试验,获得了利用表面随行波微细结构进行减阻应用的可行性方案。仿真和试验结果表明,流线型部位不宜采用随行波微细结构;转向架区域隔墙部位和风挡区域端墙部位等处进行凹坑型表面随行波微细结构改形处理后具有良好的减阻效果。     

风挡结构对CRH380B型动车组气动特性的影响研究

车端连接处的风挡是影响高速列车气动特性的关键部件。基于雷诺时均法的k-ε方程,建立3节编组的CRH380B型高速列车的稳态流场计算模型,通过风洞试验验证计算模型的准确性,并研究不同形式的风挡结构对高速列车气动特性的影响。研究表明,与其他形式的风挡相比,采用闭合式半风挡的列车在梳理流场迹线和气流方向等方面效果显著,建议在中间车厢连接处采用闭合式半风挡;全封闭外风挡能够有效地控制流场速度分布和减小端面正负压力,建议在车头与后端车厢连接处以及车尾与前端车厢连接处采用全封闭外风挡。     

CRH380BL高速动车组气动外形优化设计

降低列车运行阻力是实现高速列车速度能力提升、节能环保的有效手段。通过仿真分析和风洞试验等手段,研究了CRH3动车组气动外形与空气阻力的关系,并对车辆间连接结构、转向架区域、车顶设备导流区域等部位进行了优化,提出了CRH380BL动车组的最佳气动外形方案。     

基于凸包非光滑表面的高速列车减阻技术

为减少高速列车在运行中的空气阻力,提高列车运行效率、节约能耗,提出凸包非光滑表面减阻技术应用于高速列车领域。文中以CRH3型高速列车为研究对象,通过在车体的头部和尾部加设凸包来控制湍流特性,以达到减阻效果。首先利用PRO/Engineer建立非光滑表面CRH3型头车+中间车+尾车的简化模型,将模型导入ICEM CFD软件并根据计算精度的需要划分不同网格区域,得到较高质量的非结构网格,再应用FLUENT软件中的k-ε湍流模型对稳态运行速度为300 km/h时的列车进行模拟仿真,计算列车空气阻力,对比分析凸包的阵列距离、半径和高度对减阻性能的影响。并从头车、尾部的压力图和附近速度矢量图两方面来反映凸包非光滑表面对高速列车压差阻力的影响;从湍流动能和湍流强度角度解释凸包非光滑表面对高速列车黏性阻力变化的作用。仿真结果表明:列车的气动阻力随凸包阵列距离的增大而减小、随凸包半径的减小而减小、随凸包高度的减小而先减小后又增大;当凸包半径为40 mm,阵列距离为460 mm,凸包高度为10 mm时,列车具有最好的减阻效果;相对于光滑表面列车,在头车加设凸包而尾车不加设时,头车阻力可小至1239 N,头车减阻率为10.67%,总阻力为3591 N,总减阻率为3.80%。可见,通过在头车加设凸包可以改变边界层湍流特性达到减小列车气动阻力的效果。期望文中的研究为高速列车后期减阻方法研究提供一定的参考。     

城际动车组气动阻力优化的风洞试验研究

采用风洞试验方法对城际动车组气动阻力优化进行研究,获得不同侧滑角下的城际列车明线及横风气动阻力,并分析头部外形、风挡结构、车底设备对动车组气动阻力的影响规律。研究结果表明:侧偏角在0°～10°范围内,随着侧滑角增加,头车阻力系数逐渐增大,中间车阻力系数先增大后减小;尾车阻力系数对于侧滑角最敏感,头车次之,中间车最小。无横风时,设置外风挡显著减小了头车及尾车阻力系数,但导致中间车阻力系数增加约16.7%,整车阻力系数仅减小4%左右。安装设备舱后,车体底部杂乱的气流变得平顺,无横风时整车气动阻力系数较减小22%,而横风环境下整车气动阻力系数降幅可达25%。     

高速列车头车外形结构优化风洞试验研究

我国最新一代高速列车为CRH380A,最高运营时速为350 km/h。现以500 km/h的高速列车为研究背景,对CRH380A高速列车头车外形结构进行优化,在中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所的8 m×6 m风洞中对四种不同优化方案的高速列车头车的气动特性及其对有限编组列车气动性能的影响进行试验研究。试验结果表明:当侧偏角为0°时,在35～70 m/s的试验风速范围内,风速的变化对头型NEW-A的气动特性的影响很小;当侧偏角不变时,模型NEW-A的头车、中间车和尾车气动阻力最小,4种头型当中NEW-A头型的空气动力性能最好。     

高速铁路隧道壁吸声材料降噪效果仿真分析

应用SYSNOISE软件建立列车-隧道-隧道内壁吸音板结构的二维边界元模型,研究隧道内壁吸声结构不同铺设方案下的降噪效果。根据高速铁路列车通过时隧道内壁吸声结构不同铺设面积、铺设位置等因素,分析其对列车通过时噪声的降噪效果,并综合考虑工程经济性等因素,计算4个较为典型的隧道内壁吸声结构的铺设方案。计算结果表明:在隧道内壁全部铺设吸声材料的情况下,铺设隧道吸声结构对隧道内声压级的降噪效果约为14.3dB。随着隧道内壁吸声材料铺设面积的增加,隧道内的降噪效果越好。在计算选取的4个方案中,内壁整体铺设方案降噪效果最佳,内壁部分铺设方案降噪效果最差,两者的组合方案降噪效果适中,实际工程应用中应综合各方面因素对降噪方案进行选取。     

铁路全封闭声屏障降噪效果试验研究

直立式声屏障是我国高速铁路噪声控制主要措施,仅在声影区有较好的降噪效果,全封闭声屏障、半封闭声屏障等进一步降低噪声的声屏障类型虽已在城市轨道交通广泛应用,但在铁路应用案例极少,为了保护"小鸟天堂"生态环境,我国深茂铁路于国内首次采用全封闭声屏障,为了分析其降噪效果,采用间接法进行现场测量,结果表明:动车组运行速度不高于132 km/h时,全封闭声屏障可大幅降低列车通过噪声,且不存在声亮区,距线路不同距离、不同高度处,全封闭声屏障降噪效果可达16～18 dB;呈现宽频降噪性能,对于400 Hz以上的噪声,降噪量高达10 dB以上;630 Hz以上降噪效果高达15 dB以上。试验明确了全封闭声屏障降噪特性,为我国高速铁路声屏障选型和优化设计提供参考。     

高速列车车头的气动噪声数值分析

随着列车运行速度的提高,列车气动噪声变得越来越明显,降低气动噪声已成为控制高速列车噪声的关键之一。本文对高速列车车头气动噪声进行数值分析。首先,建立高速列车三维绕流流场的数学物理模型,分别利用标准k-ε湍流模型和大涡模拟计算高速列车的外部稳态和瞬态流场。然后,基于稳态流场,利用宽频带噪声源模型计算高速列车车身表面气动噪声源;基于瞬态流场,分析车身表面脉动压力的时域及频域特性;利用Lighthill声学比拟理论,计算高速列车远场气动噪声,分析远场气动噪声的时域及频域特性。本文对研究和控制高速列车气动噪声具有一定意义。     

京张高铁八达岭隧道及地下站活塞风效应研究

为分析高铁隧道及地下车站活塞风效应,采用经三维CFD数值模拟验证后的一维数值模拟计算方法,建立京张高铁八达岭隧道及半高安全门地下车站通风网络模型,计算不同工况下进出站人行通道风速,并评估通道内人员安全性。结果表明:一维数值模拟方法能准确预测咽喉区气流分布及通道风速;列车正常运营产生的活塞风直接影响站内气流,进出站人行通道内风速最高可达8.3 m/s;风速最大负值出现在两个区间分别有列车往隧道外以最大速度行驶时,风速最大正值出现在两个区间分别有列车以最大速度进站并在车站附近会车时;单车越行和两车会车时,通道内最高风速分别可达4.6 m/s和7.6 m/s;通过人员安全性分析,得到本模拟计算的通道内最大风速8.3 m/s在安全范围内,只是部分人员感觉不舒适。研究结果可用于高铁地下站通风系统的安全和舒适设计。     

考虑灵活车票的高速铁路票额分配优化研究

为改善高速铁路收益,将部分高速铁路席位以灵活车票的形式出售.灵活车票价格较低,且在出售时只确定出行时段或备选车次集合,具体车次和席位延迟到发车前的某个时间兑现.设计两阶段售票组织方法,构建考虑灵活车票的两阶段高速铁路票额分配模型,采用CPLEX求解.利用模型最优解构造基于预订限制的预售控制策略,设计仿真算法,并选取京沪...     

横风作用下高速机车的气动性能

采用三维定常、不可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,利用有限体积法对不同路况下运行的列车进行数值模拟计算,分析车速、风速及路堤高度对机车气动性能的影响。研究结果表明:路堤高度的升高、车速的变大、横风风速的增大、横风风向角的变大都会使得高速机车的气动力变大,但由于本文中车速相差不大,因此,车速的变化对高速机车气动力的影响相对其余几种因素较小。     

非定常气动荷载对桥上列车行驶安全舒适性影响分析

为了研究非定常气动力荷载对桥上列车行车安全性和舒适性的影响,结合有限元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立列车-轨道-桥梁三维多体系统模型,计算风-列车-桥梁耦合系统的动力响应;对比分析定常与非定常气动力荷载作用下桥上列车的行驶安全与舒适性,研究非定常气动力荷载作用下不同横向风速对列车行驶安全的影响。研究结果表明:列车行驶速度为200~300km/h,无风荷载情况下,各安全性与舒适性指标值均满足要求且均小于风荷载作用。横风作用下平均风速为20 m/s,考虑非定常气动力荷载的影响不仅会使列车行驶安全评估结果更安全,还会使列车舒适性评估结果偏于保守。平均风速不超过20 m/s,车速控制在250 km/h,桥上列车行车安全、舒适性均满足要求,且平稳性等级可达到"良好"以上。通过对不同横向风速下桥上列车行驶安全分析,给出桥上列车安全行驶的阈值,为列车的安全运营提供依据。     

动车组设备舱内流场计算分析

为清晰掌握动车组在极端温度和恶劣风环境下设备舱内沙尘的流向情况,采用列车空气动力学的数值计算方法,对不同恶劣风环境和高温条件下动车组设备舱内流场进行研究。通过对动车组设备舱内压力场和速度场流向的分析比较,获取了动车组在不同车速和不同风速下,其设备舱内流场变化情况,以及底部开孔对设备舱内流场的影响。