高速列车车内压力波动值计算方法初探

高速列车在隧道内运行时，车外的压力变动会引起列车车内压力的变动，从而带来乘客感觉舒适性问题。为解决这一问题需要采取压力保护等措施，而计算列车车内压力波动是必不可少的基础性工作。利用流入流出单节密封车厢的流量关系，以连续换气方式和截止阀方式为例，模拟了列车在安装这两种装置时隧道单车压力波与会车压力波条件下的车内压力波动规律，验证了计算方法在计算车内压力方面的有效性。     

CRH3动车组单车隧道压力波特性估算

采用国内研制的高速列车通过隧道时压力波计算程序,模拟了特定隧道条件下CRH3动车组单车隧道压力波的基本特性,给出了隧道内、车头车尾处的压力波分布情况,以及对应车内处3 s内最大压差值等随车速变化的规律。同时,比较了动车组在德国和我国隧道条件下压力波的异同点。     

基于流固耦合的隧道压力下车体变形对车内压力的影响分析

当高速列车通过隧道时,隧道压力波通过车体变形、密封缝隙和换气风道引起车内压力变化,造成乘客不适。为探明由车体结构变形这单一因素引起的车内压力波动情况,构建了完全密封的车体结构和车厢结构模型,基于STAR-CCM+/Co-Simulations模块,仿真计算了高速列车以350 km/h的速度通过隧道时车体结构的振动位移情况、车内压力变化和车内压力变化率,并与气体状态方程理论数值模拟计算对比。结果表明,车门的振动位移最大;基于流固耦合理论和理想气体状态方程的2种数值模拟方法的结果误差为16.8%,相互验证了计算结果的可靠性;车内压力与车体内的容积成反比,车内最大负压为195.3 Pa,车内压力3 s变化率小于203.1 Pa/(3 s),车内压力1 s变化率小于149.6 Pa/s,满足舒适性要求,为建立多因素耦合作用下的车体模型研究提供帮助。     

不同编组位置车辆动态密封指数试验研究

随着运行速度的提升,高速动车组受到的外部激扰愈发剧烈.尤其是动车组通过隧道和在隧道内交会时,车厢外部产生剧烈的瞬变压力,传入车厢内部会引起内部压力的明显变化,从而导致司乘人员产生耳闷、耳鸣、耳痛甚至耳膜破裂等耳感不适和医学安全健康问题.为减缓或消除耳感不适等问题,需研究高速列车运行过程中的气密性能对车内气压波动和乘客乘...     

计算高速列车车内压力的热力学模型

运用热力学基础知识，建立了一种计算高速列车通过隧道时车内压力变化的热力学模型，它采用当量漏气面积表示车辆气密性，具有物理意义明确的特点。在相同的计算条件下，将其与现有能够计算车内压力的2种模型——经验模型和流动模型进行了车内压力计算的对比分析，结果表明热力学模型用于高速列车车内压力计算是可行的。     

高速列车通过隧道时诱发车厢内压力波动的数值分析

在假定列车车体为均匀多孔车体的基础上,根据一维可压缩非定常不等熵流动理论与广义黎曼特征线法,研制了高速列车通过隧道过程中诱发车厢内外空气瞬变压力耦合的计算方法和计算程序。其中,基于热力学第一定律的“充排法”建立了车厢内压力波动的计算方法,并成功地将该方法推广应用于隧道内会车条件下车厢内压力的计算分析中。通过与国外试验数据的验证表明了本文计算方法与程序的正确性,为准确合理地计算高速列车通过隧道时诱发车厢内瞬变压力提供了可靠的分析工具。     

复兴号动车组车内压力波动关键因素耦合研究

高速列车过隧道时,会形成交变压力进而导致车厢内压力波动加剧,对旅客耳部舒适性产生严重影响。研究人员为了减缓车内压力波动,往往需要通过大量的实车试验获取车内压力变化规律,以确定列车过隧道时空调压力阀的开闭条件,但同时也导致了试验成本的急剧增加。因此,本研究旨在定量化建立各关键设计参数与车内压力波动幅值之间的联系,以节约相应的试验成本。首先,基于三维、非定常、可压缩的RANS方程与k-ε两方程湍流模型,采用数值计算方法揭示列车运行速度与隧道长度对车外压力波动的影响机制,并基于动模型试验验证了数值计算的可靠性。同时建立基于车体气密性指数的车内外压力理论转换计算方法,并基于实车试验验证了这一转换方法的准确性。最终,结合响应面法,提出以车内压力3 s变化率为响应值,以列车运行速度、隧道阻塞比和长度为设计变量的参数代理模型。基于这一模型,车辆技术人员通过输入列车速度、隧道阻塞比和长度等设计变量,即可得到车内压力变化幅值,为确定列车通过隧道时空调压力阀的开闭条件提供参考,从而节约试验成本。     

对完善铁路隧道救援通道功能有关的技术标准修改建议

铁路隧道救援通道利用水沟电缆槽盖板顶面的空间,是目前国内外通行的做法,但由于建筑限界标准、有砟轨道设置后的维修养护等要求,使得目前各类标准铁路隧道内救援通道走行面与客车车厢地板面的高差较大,救援通道边缘距离车体间隙较大。当客车由于事故原因停在隧道内时,人员从车内疏散到隧道内的线路并不顺畅,容易形成次生灾害。为改善救援通道的设计条件,建议对现行的建筑限界进行局部修订,建议长度在1 km以上的隧道内均应铺设无砟轨道。     

高速动车组新型压力控制装置

与常规的主动式和被动式压力保护装置不同,新型高速动车组用压力控制装置采用主动式和被动式相结合的双电机驱动装置实现车内压力控制,通过隧道和隧道交会试验,验证了新型压力控制装置抑制车外压力波动的能力,形成了高速动车组车内压力控制新型技术平台.     

基于旅客乘坐舒适性需求的高速动车组车内环境技术条件

选择京沪、武广客运专线上运营的5种车型14个车次列车,在冬夏季节高峰客流时段测试车内的热环境、空气品质、空气瞬变压力、噪声、振动、照明等指标,并对6 210名旅客进行乘车舒适度问卷调查,研究高速动车组的车内环境技术条件。结果表明:高速动车组旅客对有关乘车舒适度各影响因素的关注程度由大到小依次为:噪声、空气瞬变压力、异臭味、厕所设施、温度、振动、座椅宽度、空气清新度、座位脚部空间和车内清洁度。建议适宜的高速动车组车内环境技术条件是:车内温度在冬季时北方为22~24℃、南方为19~22℃,夏季时北方为25~27℃、南方为26~28℃;车内空气品质为CO2≤0.15%,TVOC 0.8~1mg·m-3,HCHO≤0.1mg·m-3,NH3≤0.2 mg·m-3,PM10≤0.15 mg·m-3,CO≤5 mg·m-3,细菌总数≤2 500cfu·m-3,O2≥20%,负离子≥300N·cm-3,对于车厢内的新风量一等座、二等座车厢分别取30和25m3·(h·人)-1,由此可使车内的空气品质综合评价指数达到2级;最大车内空气瞬变压力变化速率在平原线路条件下分别取0.3kPa·s-1和0.8kPa·(3s)-1,在山区线路条件下分别取0.2kPa·s-1和0.5kPa·(3s)-1;车内噪声在车速≤250km·h-1时一等座车厢≤65dB(A)、二等座车厢≤68dB(A),车速250km·h-1时一等座车厢≤68dB(A)、二等座车厢≤70dB(A);车内垂向振动加速度≤0.50m·s-2,纵向、横向振动加速度均≤0.38m·s-2,振动加速度矢量和≤0.9m·s-2;车内照度取一等座、软席车厢≥200lx,二等座车厢≥150lx。     

基于FlUent二次开发研究高速列车通过隧道时的瞬变压力

研究目的:针对采用通用CFD软件Fluent进行高速列车隧道空气动力学效应数值模拟中存在的问题,对 以Fluent为平台、利用VC 语言进行二次开发的一些关键性技术进行了研究。 研究方法:本文采用三维粘性、小等熵、可压缩、非定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离 散,对高速列车通过隧道时隧道内和列车内外瞬变压力的变化进行了三维数值模拟。 研究结果:将隧道内瞬变压力的波动情况与列车的运行情况相结合,对此过程进行了详细的描述和解释。 研究结论:计算过程中,Fluent的命令流能灵活地实现CFD分析中的众多相关功能,为工程设计和研究提 供了有力的开发平台和分析工具。Fluent不仅具有完备的系统开放性,还可利用C语言编制自己的程序模块来 丰富其功能,在工程上有着非常广阔的应用前景。     

高速列车进入有缓冲结构隧道的压力变化研究

采用高速列车空气动力学模型实验对高速列车在进入带缓冲结构隧道过程中瞬变压力传播机理进行研究。实验结果表明,缓冲结构能够减缓隧道内瞬变压力。其原因在于:缓冲结构横断面积逐渐由大变小,阻塞比逐渐由小变大,延长了压力上升时间,降低了压力梯度;另一方面,由于压缩波在缓冲结构和列车、隧道之间多次反射,降低了压力峰值。在M.S.Howe提出无缓冲结构下最大压力波变化理论基础上提出有缓冲结构时隧道内最大压力和最大压力梯度变化规律计算公式。所得结论可为隧道空气动力学研究提供参考。     

高速铁路隧道壁面气动荷载研究现状与趋势分析

高速铁路隧道壁面气动荷载是隧道结构破坏的主要诱因之一,了解并掌握其特征对高速铁路隧道结构设计与安全营运具有重要的理论意义与工程价值.通过论述高速铁路隧道壁面气动荷载特征与现场实车测试、动模型试验以及数值仿真模拟三种研究手段的技术现状与未来发展趋势.总结归纳得出:(1)列车驶入隧道前,壁面气动荷载峰值小、持续时间短;列车...     

CRH2型动车组列车交会空气压力波试验分析

阐述胶济线CRH2型动车组列车交会空气压力波实车测试情况,对测试结果进行详细分析,并将实车试验结果与数值模拟计算结果进行比较.研究结果表明:250 km/ h等速交会情况下,实车试验测得的车体表面交会压力波最大幅值为1 195 Pa,在铁路线间距为4.4 m的条件下不会对列车运行安全产生影响;车厢内最大压力变化幅值为19 Pa,仅为车体表面压力变化幅值的1.6%,车厢内产生的压力变化幅值不会对乘客舒适性产生影响;在4.4 m线间距情况下,被测试的CHR2型动车组上的交会压力波幅值近似与同型号等速交会动车组运行速度的平方成正比;数值计算与实车试验得到的规律基本吻合,计算与试验结果相差5.15%,数值计算结果可信.     

高速磁浮单线隧道车体压力载荷特征

高速磁浮列车通过隧道过程中将引起剧烈的压力波动,造成司乘人员耳感舒适性、车体及其零部件、隧道衬砌及辅助设施的气动疲劳寿命问题,有必要对磁浮列车高速通过隧道时压力波效应进行研究。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法对单列车通过隧道时车体压力载荷进行数值模拟研究,初步揭示隧道长度、列车速度、阻塞比对车外压力波的影响规律;得出时速500~600 km/h速度下基于最大正负值和最大压力峰峰值的最不利隧道长度;论证了列车通过隧道产生的压力波幅值与列车速度平方成正比的适用范围,总结了压力最值与速度的拟合关系式。本文研究方法和结果可为车体设计选用气动载荷提供参考依据。     

高速列车与跨线斜拉桥耦合气动效应研究

将空气流场视为黏性、可压缩的非定常流,对高速列车和跨线桥梁模型进行适当简化,以沪昆线上某（112＋80＋32）m预应力混凝土独塔斜拉桥为例,基于大型计算流体力学软件Fluent,采用滑移网格法建立高速列车和跨线斜拉桥流场计算模型。分析了列车以350km／h速度从斜交跨线斜拉桥下穿过时,桥梁底面压强分布情况。通过积分换算出列车气动效应对桥梁产生升力、阻力和扭矩时程。将该气动力时程施加至斜拉桥空间动力模型,研究运营阶段斜拉桥动力响应。研究表明,高速列车尾流对斜拉桥的气动力作用大于列车头,列车正上方梁体所受气动力最大;列车风对运营阶段斜拉桥影响极小,可忽略不计;若跨线桥为质量惯性较小的钢桥,列车气动力对其影响仍需进行相应研究。     

地铁列车车头外流场的数值仿真分析

随着地铁列车的速度不断提高,其空气动力性能也显得越来越重要。提出并建立地铁列车车头外流场计算模型,运用列车空气动力学原理并借助流体分析软件CFX对计算模型进行了仿真计算。根据计算结果,分析比较了各模型的外流场、压力场的分布,得出具有良好气动性能的车头外形设计参数,可供地铁列车外形设计作参考。     

列车受电弓在线自动检测系统的应用研究

受电弓的状态直接影响列车的运营安全和效率。在日常维护中,检修人员需要对受电弓滑板磨耗程度以及滑板与接触网导线的接触压力进行检测。介绍了一种列车受电弓在线自动检测系统,阐述了其组成、原理和工作流程。该系统可实现对受电弓关键特性参数(如滑板磨耗、中心线偏移、接触压力等)的非接触式检测,提高检修效率。