高速列车通过截面突变隧道时压力波的数值模拟研究

高速铁路隧道压力波是铁路高速化中日益突出的问题之一,而高速列车通过截面突变隧道时压力波特性目前研究较少。本文根据高速列车通过隧道过程中引起空气流动的特点,在对复杂空气流动现象进行合理简化的基础上,采用一维可压缩不等熵非定常流体流动模型和广义黎曼变量特征线法发展了截面突变隧道压力波的数值计算方法,并给出了相应的边界条件,随后与国外典型试验数据进行了比较,证明本方法的正确性。在此基础上本文分别对单车和会车通过截面突变隧道的压力波进行了数值分析,对揭示截面突变隧道内压力波特征及截面突变对隧道压力波的影响有一定的意义。     

横风下高速列车通过挡风墙动力学性能

基于列车空气动力学和列车系统动力学数值模拟横风下高速列车通过挡风墙的动力学性能。以运行速度为350km/h的高速列车通过一类挡风墙为例,分析高速列车通过挡风墙的气动力和动力学响应。当高速列车进入和离开挡风墙时,列车的安全性和舒适性指标明显变差。当横风速度为9.56m/s时,车体横向振动加速度最大值达到2.5m/s2;当横风速度为15.0m/s时,列车的脱轨系数超过0.7且轮重减载率超过0.8。在此基础上提出一类具有缓冲装置的挡风墙,使高速列车通过挡风墙时的安全性和舒适性明显改善。     

活塞风对接触线气动性能的影响研究

借助流体动力学分析软件Star-CD,利用动网格技术,建立了不同车速下钝形和流线型列车通过隧道时的二维模型.分析了活塞风特性及其对接触网系统中接触线气动性能的影响情况.研究表明:在6m高的接触线处,钝形列车形成的活塞风v的最大值约为流线型的2倍,接触线受到向上的最大抬升力约为流线型的4倍;在其他条件相同时,列车速度每增加10m/s,接触线受到向上的最大抬升力增加约1倍.     

基于计算流体动力学(CFD)的大跨度桥梁风效应数值模拟

CFD(计算流体动力学)方法作为风洞试验的辅助手段,已越来越广泛地应用于桥梁断面选型及抗风设计分析中。采用CFD方法,对某轨道交通大跨度桥梁进行了二维流场数值模拟,得到流场的压力、速度和旋涡分布,还得到了不同高度主梁截面在-3°、0°、3°风攻角时的三分力系数,并对其随梁高的变化规律进行了分析。     

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。     

武汉地铁3号线列车车厢内环境实测调查及热舒适性分析

武汉地铁3号线列车空调系统采用中顶孔板与侧送风口相结合的送风方式,通过实车测试分析和数值模拟仿真分析的方式,分析了这种新型送风方式下车厢内的热舒适环境。测试结果表明:在距车厢地板高度0.5 m、1.2 m、1.7 m截面处的风速在0.35 m/s左右,车厢内任意两点处的温差小于3℃,车厢内环境满足列车空调系统设计规范。数值模拟仿真结果表明:列车空调系统采用中顶孔板与侧送风口相结合的送风方式,乘客的热舒适性较好,能够有效解决格栅送风方式中乘客吹风感的问题,提高了乘客乘坐的舒适性。     

水中悬浮隧道合理截面数值模拟分析

为研究悬浮隧道的合理截面形式,采用大涡模拟法,按日本喷火湾海况条件分析了圆形、椭圆形、耳形、六边形和矩形5种截面悬浮隧道周向稳态压强分布、所受到的流体升力和阻力;以圆形断面为例模拟分析不同来流速度时悬浮隧道周围的水动力特性,以耳形断面为例分析不同迎流面宽度时悬浮隧道周围的水动力特性.模拟结果表明:耳形截面形式悬浮隧道周围压力大,稳定性好,所受升力和阻力较小,是最合理的截面形式;随来流速度的增加,悬浮隧道周围压力显著增加,升力和阻力急剧增加;迎流面宽度对悬浮隧道周围压力场分布影响很小,对结构升力和阻力影响明显.     

横风对双层集装箱平车气动特性的影响

双层集装箱平车在横向大风作用下的气动特性将影响车辆运行的稳定性。现运用计算流体动力学软件CFX ,采用三维粘性不可压缩雷诺平均应力方程和k—ε双方程湍流模型 ,计算并分析了在 2 5m/s横风作用下 ,运行速度为 12 0km/h的双层集装箱平车的表面压力、速度分布及所受气动侧向力等参数 ,确定了其承受的最大横向气动载荷 ,为平车横向稳定性等动力学计算提供参考。     

高速铁路840 m全封闭声屏障气压荷载数值模拟研究

采用我国干线铁路开行的复兴号动车组,基于计算流体力学软件Fluent,对高速列车以350 km·h^-1速度通过840 m全封闭声屏障及1/2跨和1/4跨会车工况下声屏障的气压荷载分布规律进行数值模拟。结果表明:会车工况下的压力极值均大于单车工况下,且变化规律更为复杂,声屏障中间位置即1/2跨会车时的压力极值达到最大值,最大正压和负压分别为2 672和4 619 Pa,分别为单车工况下的2.05倍和1.87倍;同一截面各测点的气压荷载波动规律相似,但压力极值存在明显差异;单车工况下,声屏障同一截面上不同测点处的极值压差达到0.6 kPa,体现了压力波传递的三维效应。通过数值模拟获得的全封闭声屏障压力极值和气压荷载分布规律,为声屏障结构设计提供理论依据。     

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。     

地铁车辆多方位送回风系统研究

介绍了地铁车辆客室送风道的结构设计和安装方式,提出了地铁车辆客室多方位送回风系统的概念,采用计算流体力学方法对送风道内流场和客室流场进行数值模拟。研究结果表明,采用了多方位送回风系统后:送风道各出口预测风量与理论风量偏差在15%之内,出风均匀性良好;客室人员活动区域速度场与温度场分布均匀,微风速在0.20~0.42 m/s之间,断面垂直温差在3℃以内。地铁车辆采用多方位送回风系统,既提高了座椅区域与门区乘客的舒适性,又降低了客室中部的风速,缓解了乘客的吹风感。     

强风区挡风墙高度和位置对接触网区域风速的影响

强风区挡风墙的修建能有效保障列车的正常安全行驶。而挡风墙高度和位置的变化直接影响到接触网区域的风速,因此是修建挡风墙时必须考虑的重要因素。采用高雷诺数κ-ε紊流模型,建立了列车分别位于1线和2线时的计算模型,应用计算流体动力学软件STAR-CD对接触网区域在强风区挡风墙作用下的风速和仰角进行了数值模拟计算,得出不同条件下接触网区域风速的分布数据。研究结果表明,挡风墙高度为3 m以上和距线路中心5 m时,是比较适合列车行走的位置。     

地铁出入段线防排烟系统 设计方案优化研究

对于地铁出入段线防排烟系统设计方案,常采用在靠近洞口处设置射流风机辅助排烟的方式,这种方案 中射流风机的配电成本远高于射流风机本身成本。采用 FDS 数值模拟方法,研究郑州地铁 10 号线出入段线隧道 5 种防排烟系统设计方案的隧道风速和排烟效果,并对各方案进行经济性分析。研究结果表明：作为非载客区间 的出入段线,其排烟风速低于 2 m/s 时仍可满足有组织排烟的要求;取消洞口处射流风机,仅采用出入段线所接 车站的 4 台 60 m3 /s 事故风机,仍可较好地控制该出入段线隧道火灾烟气,防止火灾烟气威胁车站的运营安全, 不影响地铁列车司机的安全撤离;条件允许时可以在出入段线靠近车站侧设置一组射流风机,用于加强排烟效果、 提高运营安全水平;同时,火源靠近车站时,靠近出入段线侧两台事故风机比其余事故风机晚启动 30 s,可以有 效改善车站隧道内烟气滞留的问题。     

地铁长区间事故通风模拟分析

论述可有效分析地铁空气环境的软件SES(Subway Environmentall Simulation),对其中的火源模型进行详细介绍.利用该软件,对北京地铁7号线达官营站-广安门站内区间火灾工况下的不同通风方案进行模拟分析.通过计算结果可知:开启着火区间两端车站隧道风机以及在区间渡线位置增加射流风机,均不能保证区间...     

无活塞风亭地铁车站隧道通风系统方案

针对周边条件受限地铁车站进行取消活塞风井分析研究,结合广州某线路建立模型,利用SES程序对取消活塞风井车站前后区间正常、阻塞、火灾工况及影响因素进行模拟计算分析。分析得出如果取消车站所有活塞风井,在车站配置两台轨排风机,且轨排风机风量不小于60 m3/s时,利用前后车站隧道风机和该站轨排风机组织气流,正常、阻塞、火灾工况的模拟计算结果均能满足规范要求。实际应用时,需考虑线路客流对区间隧道温度的影响,必要时需采取降温措施。     

地铁车站环控系统设计中气流组织方案的数值模拟

针对地铁车站环境控制系统设计中常用的几种典型气流组织方案,使用计算流体力学(CFD)的方法,采用重正化群双方程紊流模型,对待建地铁车站及其隧道内的温度场和气流速度场进行三维数值模拟,得到各种方案下的温度和气流速度分布。通过分析和比较,认为屏蔽门方案能够得到最优的站台候车环境,但会使隧道内的温度有较大的升高,且投资较大;在投资较小的3种方案中,混合回/排风方案的效果最佳,对该方案造成的站台上气流速度分布不均匀的情况提出了相应的改善措施,并对数值模拟方法在地铁车站环控系统设计中的应用进行了探讨。     

长大货物列车空气管系3维充气模型的数值仿真

应用计算流体动力学中的有限体积法,建立长大货物列车空气管系的3维充气特性模型。该模型能同时求解主管、支管的压力和速度,不用类似1维模型引进经验公式或辅助边界条件帮助求解,避免了1维模型中人为解藕不当而出现的各种问题。利用交错网格算法和长大列车空气管系直径与长度的尺度效应,灵活设置压力和速度的自由度,选取压力和速度的控制容积来离散3维模型的控制方程。离散后的代数方程表明,3维模型的计算量与1维模型的计算量几乎相同。提出了一种改进的算子分裂算法求解压力速度耦合方程,数值试验表明,当时间步长很大时算法依然稳定和健壮。用研究开发的程序,将计算结果与国内外长大列车充气特性的有关试验结果进行了对比分析,验证所提出的理论和算法的正确性。     

基于空簧气动响应的高速列车交会动力学分析

空气弹簧的动态特性受其内部压力影响较大,为了更深入地分析动车组高速交会时的运行安全性,需要考虑空气弹簧在交会流场下的气动响应。将空气弹簧的气动流体力学模型与某型动车组的整车动力学模型相结合,以列车交会气动流场压力的时间历程作为空气弹簧与车体的外部激励,分析了动车组以不同车速交会时的动力学特性。研究结果表明,交会车速越高,空气弹簧的内压波动幅度越大;会车中车体的垂向平稳性优于横向平稳性;轮轨垂向力与轮重减载率受会车流场的影响较小,在会车时有较大的安全余量;当两车以450km／h车速交会时,空气弹簧内压波动可达30．78％,且轮轴横向力与脱轨系数会在车头鼻端通过观测点的瞬间超过安全限制,影响列车的运行安全性。