快速地铁隧道空气动力学效应研究

许多在低速下被忽略的空气动力学现象,在快速下就变得不容忽视,因此针对快速地铁隧道空气动力学效应的研究十分必要.借鉴高速铁路隧道空气动力学研究方法,并结合既有快速线路出现的相关问题,分析了快速地铁线路中出现的由空气动力学效应带来的针对乘车舒适度、行车阻力、隧道通风等方面的不利影响,并给出诱发空气动力学效应的主要影响因素(...     

地铁列车车头绕流场的仿真计算与分析

随着地铁列车的发展,地铁列车的速度也在不断提高,其空气动力学性能也表现得愈来愈突出,本文以地铁列车为对象,建立了其外流场气动力学模型,并进行了列车车头绕流场计算与分析,结合地铁列车造型美学要求提出了48°前窗倾角流线型地铁列车车头设计方案,达到地铁列车车头设计空气动力学与美学结构设计的统一。     

快速地铁列车不同司机室头型空气动力学影响分析

文章基于空气动力学理论,运用仿真软件,对建立的不同列车模型进行对比。分析在同等条件下,快速地铁列车不同司机室头型在运行中的动力学特性、气动特性、压力分布及空气阻力,对快速地铁列车司机室头型的研发提供建议。     

时速80 km地铁B型车耳压舒适度测试分析

文章通过对时速80 km地铁B型车进行空气动力学现场试验,得到该速度等级下车内空气压力的变化情况,并分别采用TB/T 3503.3—2018和CJJ/T 298—2019两种标准对耳压舒适度进行评价。结果表明,时速80 km地铁B型车在避开风井位置的隧道中运行时,司机室和客室的压力变化幅值均满足两种标准的相关要求;但该列车在通过中间风井位置时,司机室和客室的压力变化幅值不能完全满足CJJ/T298—2019标准的相关要求,因此需对风井结构进行优化。     

地铁小半径曲线钢轨波磨影响因素分析

针对地铁线路普遍存在的钢轨磨耗现象,从轮轨蠕滑力和磨耗功率的角度研究地铁小半径曲线钢轨波磨问题,并利用多体动力学软件SIMPACK建立车辆-轨道动力学耦合模型对地铁曲线地段上车辆运行速度和曲线半径对轮轨磨耗的影响进行动力仿真计算和分析。分析计算结果表明:车辆运营速度不宜过低,为降低轮轨磨耗、保证行车安全及运力需求,最高运营速度定为60～70 km/h为宜;曲线半径对钢轨磨耗功率影响较大,在符合城市规划等决定因素的要求下地铁线路曲线半径尽量大于500 m,可以实现良好的运行效果。     

地铁列车通过隧道时的气动性能研究

列车通过隧道时引起的空气动力效应会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响。基于列车空气动力学理论,采用计算流体力学软件FLUENT对某型号地铁车辆通过最不利长度隧道时的空气动力学性能进行数值模拟,得到并分析了地铁列车和隧道壁面监测点的压力时程曲线和分布特征。研究表明:车体表面压力峰峰值、3 s内车内压力波动最大值及隧道内附属物压力峰峰值,与列车速度的平方近似成线性关系;隧道断面净空面积越小,车体承受的压力越大;地铁列车通过隧道时需限速,以达到人体舒适性评价标准。     

轮轨磨耗对地铁车辆非线性临界速度的影响研究

为分析车轮和钢轨磨耗对地铁车辆非线性临界速度的影响,在北京地铁6号线选取典型车辆和区段分别开展了车轮踏面外形和钢轨廓形测试,并在Simpack软件中建立地铁B型车拖车动力学仿真模型。研究结果表明:车轮磨耗存在偏磨现象,且轮缘磨耗严重;等效锥度与车轮磨耗正相关,随着车轮磨耗的增大而增大,与钢轨磨耗负相关,随着钢轨磨耗的增大而减小;等效锥度小于0.07时,车辆非线性临界速度随着等效锥度的增大而增大;等效锥度大于0.5时,车辆非线性临界速度随着等效锥度的增大而减小;等效锥度在0.08~0.12时,车辆的非线性临界速度最高,其稳定性裕度最大。     

地铁通风网络的数值分析

根据地铁列车在运行过程中引起空气流动的特点，采用通风网络理论，对空气流动现象进行合理简化，对于复杂的地铁网络系统，利用图论中“树图”理论形成独立回路，并利用电路理论中有关定律解算回路中的风量，风阻。发展和完善了地铁空气流动的数值计算方法，结合我国正在进行的某轻轨地下部分环境控制设计的任务，对地铁系统速度场，温度场进行了预测，并对不同的环境控制方案进行了比较，提出了合理建议。     

空气弹簧故障对地铁车辆动力学性能的影响

结合车辆系统动力学理论,通过SIMPACK软件建立了包含空气弹簧特性的动力学模型,分析了空气弹簧失效后车辆系统的稳定性以及空气弹簧失效对地铁车辆动力学性能的影响,并提出了相应的建议。     

列车最高运行速度120km/h城轨区间盾构隧道研究

研究目的:目前我国城市轨道交通规范未对列车最高运行速度超过100 km/h的相关问题作出规定和要求,国外也无完全相似的成功经验。本文结合东莞城市轨道交通R2线工程,对城市轨道交通列车最高运行速度超过100 km/h、列车运行过程中的人体舒适度标准、空气动力学效应及配套的结构设计等问题进行研究,研究结论指导工程设计,供同行参考。研究结论:(1)当城市快速轨道交通列车运行速度高于100 km/h后,地下区间隧道断面净内空尺寸除满足限界要求外,还应考虑空气动力学效应,根据目前实际情况,乘客舒适度要求的满足宜主要通过增大隧道有效断面积来实现;(2)内径6.0 m、外径6.7 m、强度C50的单层钢筋混凝土平板型盾构隧道衬砌结构能满足列车最高运行速度120 km/h城轨区间隧道结构力学、乘客舒适度等方面的要求;(3)本研究成果已成功应用于城市轨道交通领域。     

国外高速列车最佳头尾部形状的研究

针对国外利用以风洞模型模拟试验和以流场数值模拟计算为主的方法来寻找高速列车最佳的头尾部形状，使列车的综合气动性能最佳，从而有效地降低空气动力学现象对列车运行和周围环境的影响进行了探讨，介绍了国外在此方面取得的主要成果。     

高速列车隧道内等速交会对车辆动力学性能的影响

基于风压载荷空气动力学控制方程,利用计算流体力学软件FLUENT,分析高速列车在不同线间距隧道内,以不同速度级等速交会时的车体表面风压和受到的气动力;将隧道内交会时受到的气动力以时程荷载的形式施加到车辆动力学模型中,分析其对各项车辆动力学性能的影响规律,并进行安全性和平稳性指标分析。结果表明:列车在隧道内等速交会时,头车所受的气动阻力、升力、横向力最大;高速列车表面所受的风压极值与速度的2.2~2.3次方成正比,所受的气动阻力、升力、横向力与速度的1.8~2.4次方成正比;隧道内高速交会对车辆安全性指标影响不大,仅在交会瞬间产生较大的车体横向振动,当运行速度达到400km·h^-1时各项安全性、舒适性指标均满足限值要求。     

高速列车最佳头部外形的进一步研究

综合气动性能最佳的高速列车头部形状,可有效地降低空气动力学现象对列车运行和周围环境的影响。国外利用风洞模型试验和流场数值模拟计算的方法,对此问题进行了系列化的研究。文章根据国外的研究成果,并结合国内的研究工作,对此问题进行了分析与探讨。     

日本列车横风和强风对策研究

随着我国列车提速和高速客运专线的发展,列车的空气动力学问题变得越来越突出和重要.对该问题进行研究时,借鉴铁路发达国家的研究成果是有意义的.日本的铁路发展较早,现代化程度较高,同时因地域关系,台风和龙卷风发生频繁,由此引发的列车事故严重,相关的研究也深入.本文分别介绍了日本列车横风灾害和横风导致列车倾覆机理及计算模型的研究、列车空气动力学专用大型风洞研究、不同外形列车与铁路构造物(桥梁、路堤等)组合的风洞试验研究成果和足尺模型在自然风环境下的测试结果、列车倾覆临界风速研究和保障列车安全运行的管制制度和设置防风栅研究等,为我国高速列车的空气动力学研究提供参考.     

基于延迟脱体涡算法高速列车通过隧道时的绕流特性

基于延迟脱体涡算法和滑移网格技术,建立CRH380A型列车的含有转向架的三维可压缩瞬态仿真模型,模拟研究高速列车气动力、速度场和表面压力这3大绕流特性的变化规律。结果表明:延迟脱体涡算法能较好地捕捉列车通过隧道时的气动特性;当列车头部刚驶入隧道时,气动阻力迅速升高并在车头完全进入隧道时达到最大值,列车下方2侧的速度纵向分量会急剧增加,位于靠近设备舱位置的速度纵向分量会显著降低;当尾车刚驶入隧道时,隧道内壁与列车侧面之间的流场会出现回流区;当尾车全部刚驶入隧道时,气动升力和侧向力骤然增加;当列车全部驶入隧道后,气动力的波动幅值均明显升高;列车通过隧道过程中,列车侧面压力整体上呈现先增后减、最后维持周期性波动的趋势,处于尾流区的车尾部位具有更强烈的波动特征;列车裙板和车底的表面压力整体上均呈先减后增、最后维持在较高幅值波动的趋势,对列车相关结构的疲劳强度产生不利影响。     

复杂深埋地下高铁车站站台及通道空气动力学效应模拟及设计对策选定

针对京张高铁新八达岭隧道及地下车站的设计方案,采用数值计算软件,模拟地下车站屏蔽门和安全门两种模式下站台的最大风速、最大瞬变压力、压缩波峰值、人行通道最大风速等空气动力学效应进行计算分析。结果表明:无站台门时,车站中部会车使站内气动效应最不利,压力最大峰值可达508 Pa;设置屏蔽门时车站越行线位置的气动效应恶化,高速过站时在屏蔽门上产生的气动压力最大达到937 Pa,屏蔽门门口位置的最大风速值可达9.88 m/s;设置安全门时,到发线越行对站台风压作用小,站台风速低于5 m/s,站内人行通道风速可达7.5 m/s。八达岭地下车站采用安全门模式,站台风压和站内风速均可控制在安全范围内。     

列车编成辆数对高速列车横风气动特性影响的数值分析

对3～8辆编组列车以350km· h-1速度运行时,不同速度横风作用下的气动特性进行仿真研究,并建立列车的阻力系数与列车编组辆数之间的无量纲关系.研究结果表明:对3辆车编组列车的气动特性分析不能取代对其他编成辆数列车的几动特性分析;不同编成辆数列车阻力系数随着横风风速的增加而增大,3辆车编组列车的阻力系数不超过8辆车编组的列车的一半;列车的侧向力系数和倾覆力矩系数随着列车编成辆数的增加而减小;列车编成辆数对头车的阻力系数、升力系数、侧向力系数和倾覆力矩系数影响较小,但是对尾车的影响较大;头车的侧向力系数和倾覆力矩系数明显高于尾车和中间车,尾车的倾覆力矩系数最大值不超过0.4,而头车的最大可达0.7;由于头车的气动安全性比其他位置车辆的低,用头车的气动安全性评估整个列车的气动安全性会偏于保守,但合理、可行.     

受电弓导流板气动特性的二维数值研究

文章利用Fluent软件对受电弓导流板气动特性进行二维数值研究,计算了不同来流攻角时导流板翼型周围流场的压力分布和速度分布,并得出相应角度下的升力及阻力系数,求出导流板产生的升力及阻力,为受电弓稳定受流的气动补偿控制做出可行性预测。     

不同车流对桥梁静三分力及局部风压影响的风洞试验研究

在风-车-桥耦舍系统中,不同交通状态车辆将引起桥梁气动力和局部风压的变化。采用测压法测试了不同车流下桥梁断面三分力系数随攻角的变化情况,研究了不同车流下车辆对三分力系数以及局部风压的影响。研究结果表明：在堵车情况下车辆对桥梁断面三分力影响最大,车辆引起桥梁阻力系数和升力矩系数显著减小,使升力系数增大。在车桥耦舍风场作用下,桥梁顶面迎风侧压力值产生由正到负的剧烈幅值变化。     

强侧风作用下不同类型铁路货车在青藏线路堤上运行时的气动性能比较

在强侧风作用下,作用于列车的气动力迅速增加,严重影响列车运行的稳定性。本文基于三维、非定常N-S方程,采用动网格技术对货物列车在青藏线路堤上强侧风作用下运行进行了模拟计算,得到棚车、集装箱平车、敞车和罐车4种类型货物列车所受气动力。将计算结果与风洞实验结果进行对比,升力、侧向力和倾覆力矩均吻合较好。计算结果说明:随着侧风速度的增大,作用于棚车、集装箱平车、敞车、罐车的侧向力及倾覆力矩均显著增大;在强侧风作用下,棚车所受侧向力及倾覆力矩最大,故棚车在强侧风作用下较易发生倾覆事故,而罐车所受侧向力及倾覆力矩最小。