杭州南站幕墙受过站列车风影响的数值模拟分析

分析高速列车过站时列车风对站台上方幕墙的影响,采用CFD数值模拟方法,结合"动网格"技术,对列车高速过站风环境进行数值模拟,给出高速列车开始驶入、完全驶入和驶离车站时,站台区域幕墙受列车风影响的变化情况。对列车风的影响进行定量评估,研究结果表明:过站列车通过产生的流场对站内风速影响较小,不会对乘客造成安全问题,但该流场对幕墙产生一定的力作用。结论为列车风侧向影响范围最大处出现在头部顶端;列车经行的最不利工况为单线同时对开。     

横向风与列车风联合作用下车桥系统绕流分析

采用3维定常不可压缩雷诺平均N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型,利用多重参考系法,对横向风作用下ICE高速列车在日本屋代南桥上运行的绕流进行分析。结果表明:列车风对流场的影响主要表现在对列车表面附近、桥面、挡风墙间的局部流场的影响;列车运行时对头部、尾部附近的空气有排挤、拖曳作用;列车尾部靠迎风侧有一个很强的旋涡;列车风对列车中部附近流场的影响很小,对列车的阻力、横向力、升力、摇头力矩影响较大;列车风的作用使整个列车产生一种向上提升和沿横风向摇头的作用,列车风对列车附近区域桥梁的气动力有明显影响。     

侧风风场特征对高速列车气动性能作用的研究

侧风风场特征,如均匀风和大气底层边界速度型对高速列车在侧风环境下运行的安全性评估有直接影响.为了准确地评估侧风对在平原上运行的高速列车的影响,基于三维定常可压缩流动的NS方程,采用SSTk-ω两方程湍流模型和有限体积法,对时速350 km的动车组在均匀风和大气底层边界速度型风场中的流场和气动力特性分别进行了数值模拟计算和分析.结果表明:对在平原上运行的高速列车而言,作用于列车的气动升力、侧向力及倾覆力矩均随侧风风向角的增大而迅速增大;当风场为大气底层边界速度型时,列车顶部与底部及两个侧面的压力差小于风场为均匀风时的压力差,侧向力及倾覆力矩均小于风场为均匀风时的力及力矩,升力则随侧风风向角的增加具有不确定性.采用均匀风场评估高速列车在平原侧风环境中运行的安全性,会高估侧风对列车运行安全影响的风险,使得过低地限制列车的安全行驶速度,从而影响列车的正常运行效率.建议采用大气底层边界速度型风场进行评估.     

侧向风作用下桥上列车交会过程的空气动力特性

以CRH3型高速列车为研究对象,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法和动网格技术,通过局部动态层变法实现对侧向风作用下桥上列车交会过程的动态模拟,研究侧向风作用下桥上列车交会过程的空气动力特性。结果表明:无侧风情况下桥上列车交会时所产生的交会压力波是导致列车气动力波动的主要原因;在侧向风的作用下车-桥耦合系统的空气动力特性表现出明显的三维时空特性;与无侧向风作用相比,在侧向风的作用下,两交会列车车体表面的整体压力分布已不再具有对称性,其中迎风侧列车所受风荷载较背风侧列车的大;在列车交会过程中,由于迎风侧列车对侧向风的遮挡效应,使得背风侧列车的风荷载突变更加剧烈,这对背风侧列车过桥的安全性和舒适性更为不利;随着列车运行速度的提高,列车的侧向力系数、倾覆力矩系数逐渐增大,而且其气动力系数在列车交会瞬间的突变更加剧烈。     

横风下车体运动对高速列车气动性能的影响

为揭示横风下车体运动对高速列车气动性能的影响规律,通过数值模拟对典型车体运动形态下的横风气动性能开展研究。首先基于实车试验确定了横风下的车体典型运动形态并定义研究工况,然后通过改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法详细分析不同工况下的车体与转向架的气动载荷,以及列车周围的流场结构与表面压力变化情况。研究结果表明：横风下高速列车车体运动主要表现为侧滚与横移,车体的侧滚运动对列车升力的影响最明显,头、中、尾车升力均随着车体从迎风侧向背风侧运动而增大,并且车体向背风侧运动时,头车升力增大的幅度大于车体向迎风侧运动相同角度时减小的幅度;当车体运动时,第1转向架横向力、升力与倾覆力矩均增大;车体运动对列车头部、背风侧以及尾部的流动均有较明显的影响,车体向背风侧运动时,头车鼻尖区域流速降低,尾车鼻尖位置的高速流区扩大,并且由头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈增大趋势,旋涡流速减小;车体向迎风侧运动时,头车鼻尖区域流速增大,尾车鼻尖位置的高速流区缩小,并且从头部位置分离在背风侧形成的旋涡结构与车体的夹角呈减小趋势,而旋涡流速增大。     

高速列车风对附近人体的气动作用影响

采用计算流体力学的数值方法和移动网格模拟计算方法,研究3种车头形状、从200 km.h-1到350 km.h-1的4种车速、从1.0 m到3.5 m的5种人车距离条件下列车风对人体气动作用力和人体附近列车风速度大小的影响,提出列车风对人体最大水平作用力计算关系式和人体附近最大列车风速计算关系式、以及高速列车附近人体安全距离的建议值。计算结果表明:列车风对附近人体产生的作用力因车头(尾)形状不同而差别很大,车头形状越钝,列车风对附近人体产生的作用力越大,完全钝型与充分流线型车头相比,在车速350km.h-1、人车距离1 m时列车风产生的作用力可相差7倍以上;不同车头形状产生的列车风对附近人体的作用力,其差别随人车距离的增大而减小,大致呈二次方函数规律变化;不同条件下车头(尾)通过时列车风对附近人体的水平作用力方向的变化趋势基本相同,作用力方向角变化约300°。     

高速列车头车主型线变化对列车周围流场影响研究

采用三维雷诺时均SST k-ω双方程湍流模型和有限体积法对一种已经运营的高速列车周围流场进行数值模拟,分析列车头部主型线的变化对列车周围流场的影响,将计算结果在风动试验中进行验证。研究结果表明:列车周围压力场的差异主要存在于主型线变化区域,车身受到的影响有限;列车尾部流场受到主型线的影响较大,造成了尾车气动载荷数据差异较大;该型号列车头部纵剖面和水平剖面型线造成的头部的局部变化并未能大幅提高列车的抗风性能。研究方法及结果可为高速列车外形设计提供有效参考。     

风沙环境下不同线路类型对高速列车气动特性影响研究

西部风沙地区强风沙流对高速列车运行带来巨大安全隐患。高速列车的行驶线路一般分为平直地面、路堤及高架桥等,不同线路类型对高速列车气动特性的影响差异明显,尤其在强横风下,列车运行的流场特性更加复杂。为研究风沙环境下不同线路类型对高速列车横风气动特性的影响,采用数值模拟方法对列车运行速度250 km/h,横风风速分别为10,20,30,40,50 m/s,线路结构分别为平直地面、5 m路堤及10 m高架桥等不同工况下的列车气动性能进行仿真对比分析。计算结果表明：风沙环境下列车迎风侧正压区域及背风侧负压区域相比无沙环境均增大,其中,头车在平地工况下压力增幅最大,路堤及高架桥工况较小;风沙流中沙粒增加了列车的阻力,随着横风风速增大,头车阻力系数减小,尾车阻力系数增大,中间车阻力系数基本不变,列车侧向力系数均增大;在同一横风风速下,不同类型线路对头车的阻力系数和侧向力系数影响最大,其中,在路堤工况下列车稳定性较差,更容易发生侧翻危险。     

不同侧偏角下跨坐式单轨列车侧向气动特性分析

侧向气动特性在很大程度上影响着跨坐式单轨车的运行安全性。基于CFD方法对不同侧偏角影响下的某跨坐式单轨列车侧向气动特性进行模拟分析。通过比较分析不同方案下的侧向气动力计算结果及列车周围流场结构,得出随侧偏角的增加跨坐式单轨列车侧向气动力逐渐增大,头车受到的侧向力和侧倾力矩最大,因而侧风对头车的运行安全性影响最大的结论。     

列车风作用下人体气动力的计算分析

根据列车风场的特点，提出一种计算列车风作用于人体气动力的方法，这种计算方法将人体受到的气动力分成压力梯度力和绕流阻力两个部分。结合我国高速列车和人体尺寸情况，计算了车头部列车风作用于人体的气动力，讨论了人体气动力变化的一些特性。     

基于静态法高速列车抗横风倾覆影响因素研究

随着我国高速铁路的飞速发展,风区运营的高速铁路不断出现,需对高速列车的抗横风倾覆性能进行深入研究。在对比分析日本的国枝方法和日比野有方法的基础上,针对我国CRH5H型动车组建立了横风倾覆静态计算模型,并对车体自重、转向架一系及二系悬挂刚度对列车抗倾覆性能的影响进行了数值模拟。数值计算结果符合实际规律,计算模型和方法可为风区运营车辆抗倾覆安全设计提供参考。     

高速列车在桥梁上行驶时空气动力特性的数值模拟研究

利用国际上通用的流体力学计算软件FLUENT作为研究工具,对高速列车在地面和桥梁两种行驶状态下的外部流场进行了数值模拟,分析桥梁的存在及其特征尺寸对列车气动力的重要影响。通过比较列车在不同高度、不同宽度及不同横截面形状桥梁上行驶时的气动力情况,得出针对本文选定的桥梁设计方案,桥梁的存在增大了列车倾覆危险性的结论;同时发现存在一个最危险桥梁宽度,此时列车尾部抬升和倾覆的危险最大,而当桥梁宽度增大到一定数值后,桥梁的存在将不影响列车受力;另外肯定了桥梁横截面形状接近流线型对改善列车受力有积极作用。     

强侧风对高速列车运行安全性影响研究

在列车空气动力学和系统动力学相结合的基础上完成了相关研究工作。论文首先在研究列车受侧向风力的气动力特性基础上,利用流体力学计算软件FLUENT进行数值计算,得到不同侧风风速和列车车速下作用于车体的侧风载荷值;接着,利用所建立的高速列车动力学模型,将得到的风载荷值作为外加载荷作用于列车,研究了侧向风速对直线运行列车运行安全性的影响特性;最后,参照高速列车运行安全性相关限定标准,提出不同侧风风速下高速列车的最高安全运行速度,为特殊风环境下我国时速200 km/h及以上动车组安全运行提供理论依据。     

列车空气动力性能与流线型头部外形

采用数值计算、动模型试验、风洞试验、实车试验和理论分析等方法,研究列车流线型头部长度、宽度、高度及耦合外形对列车交会压力波、空气阻力和升力的影响,得到一系列理论关系式。研究结果表明:①增加列车流线型头部长度,可以有效地改善列车空气动力性能,列车交会压力波随流线型头部长度增加而呈对数减小,头车阻力、升力绝对值均随流线型头部长度的增加呈线性减小,尾车阻力与流线型头部长度呈二次幂减小;②流线型头部纵向对称面最大控制型线从外凸到内凹,列车空气阻力、空气升力和交会压力波基本不变,减小鼻尖部位过渡曲线的曲率半径可以有效降低列车交会压力波;③流线型头部俯视最大控制型线为方形时产生的交会压力波最小,尖梭形的头车空气阻力和升力绝对值较小;④减小列车空气阻力和降低列车交会压力波,既矛盾又统一,列车气动头部外形设计需要综合考虑各种因素。     

列车交会压力波的影响因素分析

根据数值模拟计算、实车和风洞试验结果，研究了列车交会压力波与相结速度、绝对速度、速度比、线间距、列车外形（断面形状、流线型头部长细比、头部纵剖面最大轮廓线和俯视图最大轮廓线）以及列车编组方式等之间的关系。研究结果已在我国流线型车体设计上正式采用，并为合理确定线间距提供了科学依据。     

强横风对青藏线列车气动性能的影响

应用SolidWorks/COSMOSFloWorks 对列车强横风作用下的表面压力进行数值模拟,并与相关风洞试验结果进行对照,得出了强横风条件下列车表面压力变化的结果.     

强侧风下高架桥上轨道列车的安全运行

城市轨道列车在高架桥上运行时会受到强侧 风的影响,危及列车的安全运行。结合北京地铁 13 号 线、昌平线等线路的实际情况,针对强侧向风下列车的 安全运行问题,采用 SIMPACK 软件建立单车三维动力 学仿真模型。以高速列车在侧向风下的空气动力学模 拟计算得到的风载荷数据为基础,推导出列车在低速行 驶的风荷载,分析强侧风对列车在高架线路曲线段上 动力学性能的影响。结果表明,在强侧风影响下,列车 的轮轨动力参数考察指标( 如轮轨横向力、脱轨系数及 减载率) 均显著增大。最后提出在强侧风影响下,列车 在不同曲线半径下安全运行的最高车速参考值。     

高速列车玻璃钢端盖研究

利用理论计算与试验分析相比较的结果,确定高速列车头部端盖的计算载荷,对其进行强度分析和模态分析,并对计算结果进行分析,为以后的工作提供一些参考。     

高速列车尾车垂向偏置对列车气动性能影响

在长期的高速列车运营过程中,极易形成前后车辆的不同形式偏置,造成列车气动性能改变,甚至可能引发行车平稳性问题,极大影响乘坐舒适性和安全性。以高速列车尾车作为研究对象,探究尾车上下偏置时,高速列车尾部流场变化以及气动特性。基于SST k-ω双方程湍流模型,采用数值仿真方法研究了350 km/h高速列车尾车无偏置、尾车下降20 mm、尾车下降40 mm、尾车下降60 mm、尾车上升20 mm、尾车上升40 mm以及尾车上升60 mm 7种工况下列车的气动性能,分析高速列车气动阻力的变化规律,揭示了不同垂向位移下高速列车尾部流场特性以及列车表面压力分布情况。研究结果表明：高速列车尾部垂向位移对列车整体气动阻力影响较小,但对高速列车气动阻力分布以及流场特性造成一定影响。当尾车偏置位移达到60 mm时,列车车体气动阻力相对于无偏置工况分别降低了-1.11%和2.64%,转向架气动阻力相对无偏置情况下分别降低了11.35%和-17.43%。此外,尾车偏置对列车近尾流区域流场结构有一定影响,尾车鼻锥下方排障器周围漩涡结构由双漩涡结构向单漩涡结构转变;鼻尖处漩涡结构随着尾车高度下降而增大,随着尾车高度...     

横风强度对平原上集装箱列车横向稳定性的影响

应用平原大气边界底层速度型,对平原上运行速度为120 km/h的集装箱列车在横风角为90°8～12级横风下的空气动力载荷进行数值研究.研究对象分别为机车牵引装载着12.192 m(40英尺)集装箱的3辆NX70型平车和3辆X6K型平车的计算模型.结果表明,平原上X6K型平车装载集装箱所受升力的平均值约为NX70型平车集装箱的25%左右;2个列车模型中位置相同的集装箱所受侧向力基本相等,集装箱所受翻滚力矩约为NX70型平车集装箱的60%左右.铁路集装箱车辆的设计对其在平原上装载集装箱所受升力的影响很大,对集装箱所受侧向力的影响很小;集装箱平车底架的大面积空隙有利于列车底部和集装箱底部之间的空气流通,可有效降低集装箱所受升力和翻滚力矩;合理的铁路车辆设计可在一定程度上提高平原上集装箱车辆运行的横风稳定性.