基于离散相的高速动车组转向架区域积雪问题研究

为了研究高速动车组转向架区域的积雪结冰问题,针对简化的车体和转向架模型,采用三维非定常雷诺时均Realizable k-ε湍流模型(URANS),耦合离散相模型(DPM)流场仿真计算,模拟高速动车组转向架区域流场和雪粒子分布情况。研究结果表明:转向架底部高速气流携带雪花从转向架中部和后方向上折返进入转向架上方区域,并形成低速漩涡,雪花在狭窄处逐渐堆积;转向架底部各零部件迎风侧表面受到气流直接冲击,表面呈现较为明显的正压,在发热零件表面极易形成积雪积冰。另外,沿着列车运行方向,后3台拖车转向架比第1台拖车转向架表面的粒子黏附情况依次减少56.43%,95.42%,95.47%,第2台动车转向架比第1台动车转向架表面黏附粒子数减少51.74%。     

高寒动车组转向架区域积雪结冰数值仿真研究

对简化的高寒动车组模型,运用OpenFOAM进行网格划分,采用SST k-ω的湍流模型来模拟高寒动车组转向架区域的空气流场特性,分析转向架区域的速度场与压力场。研究结果表明,转向架区域结构复杂,夹带雪粒子的气流将冲击转向架区域的发热元件,所受冲击部位正压较大,夹带的雪粒子于此迅速融化、结冰。同时在转向架上方存在大量低速涡流,雪粒子在低速涡流处静止并落于转向架部件表面。随着速度增加,转向架区域中夹带的雪粒子增加,相应部位的积雪、结冰问题更为严重。     

车辆转向架前端加装弧形导流槽对转向架积雪结冰情况的影响

通过空气动力学仿真分析和风洞试验,研究车辆转向架前端加装弧形防风雪导流槽对车辆转向架积雪区域空气动力学性能的影响,以及对转向架区域积雪结冰情况的影响。研究发现:在车辆转向架前端安装弧形防风雪导流槽,可以减少气流对转向架区域的直接冲击;可增加底部气体流速,使夹带雪花颗粒的气流快速通过转向架区域;空气流经导流槽发生明显下扬,使原空气流线在进入转向架区域时发生的上扬现象消失;安装弧形导流槽对整个转向架区域的积雪情况有明显改善作用。     

高速列车制动夹钳积雪结冰数值仿真研究

采用基于Realizable k-ε湍流模型的数值仿真方法对制动夹钳积雪结冰问题展开研究,并通过风洞实验验证数值仿真结果的正确性。分析制动夹钳周围的空气流动特性和夹钳表面的压力分布特点。研究结果表明:高速气流主要在转向架下部流动,仅有少量低速气流向上偏转进入到转向架上方区域。大量雪粒子跟随高速气流冲刷制动夹钳并在其下表面形成严重的积雪结冰,而少量雪粒子跟随上扬气流进入转向架上方区域,重力作用下,在夹钳上表面形成少量积雪。雪粒子跟随高速列车单向运行时,气流对后侧制动夹钳的冲刷作用强于前侧,前侧夹钳处于负压环境中,而后侧夹钳迎风侧和底部呈现明显正压,导致后侧夹钳的积雪结冰前侧夹钳更为严重。     

列车周围流场数值研究

本文采用有限体积法求解具有原始变量的低速Ｎ－Ｓ方程，对列车周围流场进行数值模拟研究，计算中对转向架和受电弓处作了简化处理，得到了三车编组情况下列车表面压力分布及气通阻力系数，并与列车模型风洞实验结果进行了对比。     

可变编组高速列车转向架气动阻力特征研究

基于空气动力学数值模拟方法,针对列车不同部位的转向架和转向架结构表面的气动阻力分布进行分析,对高速动车组列车整车气动效应进行数值仿真。研究结果表明:转向架流场区域在靠近来流端的上部会形成部分死水区,该区域流场与外部质量交换较小,转向架结构表面在来流方向上游会形成一个正压区,在下游方向的转向架结构表面会形成小范围的负压区。列车头车转向架气动阻力明显高于中间车和尾车,其中列车头车I位转向架受到的气动阻力最大,其次是头车II位端转向架,列车的中间车和尾车转向架阻力分布较为均匀,均为头车转向架阻力的60%左右。     

问与答

列车运行时，由于与周围空气发生相对运动，列车前面的空气被压缩形成正压，尾部的空气稀薄，产生涡流，形成前后两端的压力差，这部分阻力称为压差阻力。同时，列车整个外部表面与空气相摩擦，产生摩擦阻力。此外,因机车、车辆突出部分及转向架等在运行时，扰动空气，产生扰动     

横风下列车平顺化对气动特性的影响

由于横风下运行的高速列车气动特性恶化,面临侧翻的风险,并且转向架和风挡对高速列车周围的流场及气动特性影响较大,会加剧横风下的不稳定性,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法研究横风作用下转向架和风挡的平顺化设计对高速列车气动特性的影响。研究结果表明,在横风下平顺化列车模型由于结构简单,气动阻力更小,同时由于背风侧大尺度涡流引起的负表面压力,侧向力更大,而在原始模型中转向架减弱了大尺度涡流对高速列车背风面表面压力的影响。转向架在列车底部产生了大量的旋涡,是原始模型和平顺化模型中流场出现差异的主要原因,风挡结构比转向架简单,对流场的扰动效果弱,但风挡表面压力对气动阻力会产生较大影响。在频谱分析中,由于原始模型中转向架引起的扰动,高速列车气动力震荡的幅值更大。转向架产生的大量小尺度涡与大尺度涡相互作用并削弱了大尺度涡对高速列车的影响,从而导致原始模型中气动力的主频率消失。此外,转向架产生的小尺度涡加剧了流动的混乱程度,这些涡在横风作用下被推离车体,影响测点处列车风分布,在阵风分析中导致各次运行间差异较大。原始模型中列车风的峰值出现在车头部分的轨道高度处,会对轨道旁的设备和施工人员产生威胁...     

导流块对高速检测车空调系统进出风口压力影响的数值分析

以不可压缩黏性N-S方程和RNGk-ε湍流模型为基础,对4辆编组检测车以350km/h速度明线运行的空气流场进行了数值分析,针对空调导流块对检测车空调表面压力分布的影响进行了研究。先后对安装导流块、改变冷凝风机进出风方向及去掉导流块3种设计方案明线运行的外流场进行了数值模拟,得到3种设计方案气动特性及空调冷凝风机进出风口压力差的定量结果。计算结果表明,去掉导流块并不利于冷凝风机的进出风,而安装导流块、改变冷凝风机进出风方向的方案是较好的设计方案。     

高速空调列车内气流组织的大涡模拟

高速空调列车车厢内气流的温度场和速度场研究是空调列车内气流组织设计的重要基础,也是空调车内舒适环境评价的依据.考虑到高速列车车厢内复杂的几何结构、数值模拟的边界条件以及空气流场的湍流特性,本文采用湍流大涡模拟方法对高速列车车厢内空气流动与热质传递过程建立了数学模型,采用有限容积法进行区域离散,应用均匀六面体网格划分车厢,并在同位网格的基础上采用SIMPLEX算法,考虑车内座椅、行李架等障碍物以及车体各壁面辐射、车窗热流、乘客散热和高速列车运行特性等因素的影响,对高速列车车厢内空气流场和温度场进行数值模拟.其结果对高速列车的空调效果及车内舒适环境的优化提供了依据.     

基于风雪两相流的高寒动车组转向架防冰雪扰流技术研究

针对高寒动车组冬季运行时转向架处存在冰雪堆积的问题,运用商用软件STAR-CCM+和拉格朗日颗粒模型,采用更为直观的风雪两相流技术对扰流设计后转向架区域冰雪附着情况进行模拟分析,并以壁面上的雪颗粒入射质量通量(IMF)来评价转向架区域的扰流板防冰雪效果。计算结果表明:雪强、雪颗粒附着特性、车速、扰流板高度对转向架冰雪附着率均有影响;扰流效果比较好的2种方案是,1改进的流线型扰流板方案可使转向架冰雪附着速率降至无扰流板车型的54%,同时自身承受24%的附着量;2高200mm的扰流板可使转向架冰雪附着速率降至无扰流板车型的70%,同时自身承受9%的附着量。并且扰流板上的附着量不会结冰,会随着气流流动的方向流向地面。     

海拔对铁路隧道内瞬变压力及车厢内乘坐舒适性的影响

利用计算流体力学软件FLUENT,基于三维可压缩、黏性、非定常流场数值模拟方法,建立隧道-空气-列车三维数值仿真模型.针对高海拔地区隧道空气动力学效应,研究列车以300 km/h的速度运行通过不同海拔隧道时产生的隧道内瞬变压力及车体表面瞬变压力的变化特征,分析大气压和温度等因素对瞬变压力的影响规律,得到海拔高度与瞬变压...     

空调客车的空气品质与热舒适

根据空调列车卧铺车厢存在多种空气污染物和车厢内温度分布不均匀的现状,分析空调、通风系统的布置对车厢内空气品质和热舒适状况的影响,提出相应的改进措施.从节能和满足乘客个体需求的角度出发,提出在车厢内采用个体送风方式来改善卧铺车厢的空气品质和热舒适,并且对空调客车室内三维空气流场进行数值模拟研究,为空调客车室内舒适环境的优化研究提供依据.     

外置转向架包覆对高速列车气动阻力影响

转向架作为高速列车大面积裸露在外且外形复杂的运行部件受到列车底部气流的直接作用,区域气动外形结构对高速列车整车气动阻力具有重要影响。基于三维稳态SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了轴箱外置式转向架不同包覆方式对高速列车气动性能的影响。研究了转向架区域安装小裙板、半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板等5种方案下的高速列车气动性能,比较了不同方案下高速列车气动阻力的变化规律,阐明了高速转向架包覆方式对整车气动阻力、车底流动特性以及列车表面压力分布的影响。研究结果表明：随着转向架裙板包覆面积的增加,转向架腔后端板受到的气流冲击逐渐减弱,后端板上的正压分布降低,列车转向架区域周围的边界层厚度逐渐减小,转向架区域内的压力分布差异性逐渐减小,从而实现了列车整车气动阻力系数的降低。与小裙板模型相比,半包裙板、全包裙板、全包裙板+小底板以及全包裙板+大底板模型的列车气动阻力系数分别降低了5.2%、8.65%、10.3%、11.1%。对于轴箱外置式转向架来说,全包裙板+大底板方案可有效改善转向架区域流场,降低整车气动阻力。研究得到的转向架包覆方式将为新一代高速列车气动...     

高速列车制动盘甩水的数值仿真研究

为分析高速列车制动盘发热融化的雪水对转向架区域结冰的影响,建立包含拖车转向架和简化车体的几何模型和转向架制动盘甩水模型,采用三维非定常可实现k-ω双方程湍流模型与离散相模型耦合的数值方法,研究制动盘甩出的水滴在转向架区域的分布。采用液膜模型研究水滴在转向架表面及转向架舱底面的沉积。研究结果表明:制动盘融化的雪水经制动盘甩出后大都存在于转向架的中间区域,在转向架两侧分布较少;这些水滴主要沉积在构架中间区域、前后制动装置、空气弹簧内侧面、牵引梁和牵引拉杆靠近后轮对的区域,而在轴箱装置、垂向减振器、纵向减振器和横向减振器上沉积的水滴较少;在200,250和300 km/h 3种不同速度下,转向架表面总的液膜质量呈现出先下降后上升的趋势;转向架舱底面沉积的水滴主要分布在靠近制动盘附近的表面。     

列车车顶绝缘子气流场分布及其对积污的影响

列车高速运行过程中,车顶绝缘子表面的积污特性受绝缘子周围气流场分布特性的影响较大,建立车顶绝缘子的外部三维流场模型,利用有限元模拟的方法计算列车在不同的运行速度下,车顶绝缘子周围气流场分布的情况以及空气中的污秽颗粒与绝缘子表面的碰撞情况,结合现场调研,结果表明：车顶绝缘子的积污特性主要受到绝缘子背风面气压分布的影响,伞裙背风面的负压值、污秽颗粒碰撞率以及实测的积污量均呈两端大中间小的规律,且随着列车速度的加快,伞裙背风面的负压值及污秽颗粒碰撞率皆呈现增加的趋势。     

越江铁路隧道空气动力学效应的数值模拟

通过数值计算对高速列车通过狮子洋隧道产生的复杂压力场进行了模拟,对模拟结果中的压力及压力梯度曲线进行了具体分析,得到了狮子洋隧道空气动力学效应的相关特征参数,并将最大压力值和最大梯度值与国外理论计算结果进行了定量比较,比较结果表明该数值模拟方法和结果具有较高的可靠性。     

高速列车引起的负风压对轨道吸声板稳定性的影响

基于空气动力学理论建立了列车通过无砟轨道的数值模型,分析高速列车以不同速度通过无砟轨道时轨道板表面的空气压力,并与实测值进行了对比,验证了模型的可靠性。同时建立了列车-吸声板轨道空气动力计算模型,计算了吸声板的表面压力,积分得到列车引起的负风压对吸声板的向上的"吸力",并与其自身重量比较,进行安全性校核。研究结果表明:吸声板的铺设减小了列车底板与轨下结构之间的距离,导致吸声板表面空气压力较轨道板表面压力有所增大,且随着列车速度提高增幅加大;在本文算例中的吸声板设计条件下,列车速度达到385 km/h时,吸声板自重可以克服列车引起的负风压,并有一定安全余量。     

现代轨道交通车辆的空气弹簧悬挂技术

介绍空气弹簧系统的构成、作用原理和技术发展。根据空气弹簧特性对转向架进行了分类。指出高柔性空气弹簧是无摇枕转向架二系悬挂装置的关键技术，其横向性能对车辆运行的平稳性有决定性的作用，并对蛇行运动稳定性有重要影响。提出了高柔性空气弹簧的改进和研制方向。     

SW-220K型转向架参数优化试验研究

对配装SW—220K型转向架的25T型客车进行了振动试验;分析了车辆的主要振型;分别进行了采用不同空气弹簧、二系阻尼系数值时的试验,根据垂向、横向平稳性指标测试结果,得出了采用原型空气弹簧结构并增大二系垂向阻尼系数值能够改善车辆运行性能的结论。