大风区铁路挡风墙合理设置

大风作用下列车周围空气的绕流流场变化明显,空气动力显著增大,设置挡风墙及其他防风设施,是保证大风区铁路列车安全运行的主要措施.采用数值模拟计算的方法,对挡风墙距线路的合理位置和挡风墙的合理高度进行研究.结果表明:挡风墙距一线中心线的合理距离为5.7m;随着路况的不同,挡风墙的合理高度不同,2 m深路堑上挡风墙合理高度为...     

兰新铁路既有防风设施薄弱地段的分析及改造

结合兰新铁路“百里风区”既有挡风墙和其他防风设施,通过数值计算、列车空气动力学实车试验、车辆动力学试验和挡风墙前后风速分布现场试验等,分析在既有防风设施和大风条件下的列车气动性能与速度分布,找出既有防风设施的薄弱环节,提出对土堤式挡风墙、不同形式挡风墙及挡风墙与路堑过渡段、矮路堑的优化方案和改造措施.建议按危险程度分批次逐步实施改造,在补强改造设计时勘察现场,反复论证补强方案的安全性和可行性.     

高速列车通过挡风墙耦合气动力响应试验研究

研究目的:高速列车通过铁路挡风墙及在墙内交会时,挡风墙和列车的耦合空气动力响应会影响列车的运行安全与舒适性。本文基于高速列车气动性能动模型试验,对列车单车、交会通过挡风墙时的耦合空气动力响应进行测试与分析,以期得出挡风墙模型表面和列车车体表面压力波值及其变化传播规律。研究结论:(1)单车运行时,挡风墙内、外侧测点压力波最大值、最小值和幅值随测点水平位置变化不大;而交会运行时,挡风墙内、外侧测点压力波最大值、最小值和幅值的绝对值在挡风墙中间交会处最大;(2)就挡风墙内、外侧表面压力变化而言,外侧测点压力波幅值远小于对称的内侧测点,对内、外侧测点,其压力变化幅值近似与列车车速的平方呈正比关系;(3)挡风墙内侧测点压力值随高度增加而减小,外侧测点压力值随高度增大而增加,建议挡风墙结构设计计算时主要考虑其内侧测点压力变化影响;(4)本研究结论可为高速铁路列车安全及防风工程的计算和设计提供基础。     

大风环境下自轮运转设备运行安全分析研究

针对接触网检修作业车、轨道车等自轮运转特种设备在大风天气下运行及作业安全标准研究的缺乏问题,开展了新疆铁路大风环境下自轮运转特种设备运行安全的研究和现场试验。现场实车试验发现,空气动力学指标大值点主要出现在无挡风墙、土堤式/下坡风、土堤式挡风墙、矮路堑地段;现有的对拉式、桥式挡风墙后车辆的气动力均较小,防风效果较好。结合数值计算,得到不同路况、不同线路区间、不同车型、不同风速风向条件下的列车安全运行速度限值,提出大风条件下适合既有线路和防风工程条件的自轮运转设备的安全运行及作业临界风速-车速限值,为制定大风天气自轮运转特种设备防风安全运行及作业办法提供了依据。     

侧风下挡风墙对CRH2列车一简支梁桥气动性能的影响

以CRH2列车、京沪高铁上32m简支梁桥为研究对象,采用商业计算流体力学软件Fluent,基于三维、定常N—S方程和Realizablek-ε湍流模型,进行侧风作用下挡风墙对车桥系统气动性能影响的数值模拟计算。通过雷诺数、挡风墙等价透风率、挡风墙高度、透风率及风偏角的改变,对车桥气动性能进行研究。计算结果表明：雷诺数对列车气动性能有一定影响。挡风墙高度的增加会使作用于桥梁上的侧力和力矩系数增大,升力系数则变化不明显。在等价透风率挡风墙下栏杆数量多的挡风墙挡风效果优于栏杆数量少的挡风墙。挡风墙高度并非越高越好,而是有一个合理的高度范围。在同一高度挡风墙下,列车气动力系数随着透风率的增大而增大。风偏角对列车气动性能影响的规律基本一致。     

戈壁铁路挡风墙背风侧流场特征与挡风功效研究

为了掌握戈壁地区铁路沿线各种既有挡风墙的功效与不足之处,基于流体数值分析方法,对高度为3.0 m的不同形式挡风墙背风侧在不同风速条件下的流场进行了模拟计算分析。得到了不同形式挡风墙背风侧的流场特点、风向和风速变化规律:对拉式挡风墙背风侧的涡流特征显著,其大风遮蔽效应系数呈现出先降后升的规律性变化;而土堤式挡风墙背风侧不仅不存在涡流区,且大风途经土堤式挡墙后流场运动要素变化较小。计算数据显示,对拉式挡风墙的挡风效果优于土堤式;挡风墙高度为3.0 m时,对拉式挡风墙能够满足要求,而土堤式挡风墙则不能满足要求,需要加以改进。以上研究结论为铁路的安全运行与防风沙设计提供参考与依据。     

挡风墙高度和设置位置对车辆气动性能的影响

挡风墙高度是修建挡风墙时必须考虑的重要因素,在强侧风作用下,如果墙太矮,则起不到防风作用,太高则会使车辆有向挡风墙一侧倾覆的趋势。以超薄挡风墙为例,应用FLUENT流场计算软件,按二维定常、不可压纳维尔—斯托克斯方程与标准双方程湍流模型对强侧风作用时棚车车体在挡风墙防护下受到的气动力进行了模拟计算。将挡风墙固定在一个位置,棚车分别置于一线和二线,得到一线和二线上车辆受到的倾覆力矩之和最小时的挡风墙高度,即为合理高度。研究结果表明,挡风墙设置位置变化时,其合理高度也会发生变化,两者之间近似成3次多项式关系。     

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。     

新疆单线铁路土堤式挡风墙坡角优化研究

为提高新疆单线铁路土堤式挡风墙的防风效果,防止列车倾覆,提出只改变挡风墙的迎风侧坡角而背风侧坡角不变(方案1),以及挡风墙的迎风侧坡角和背风侧坡角相等且同步改变(方案2)的2种优化方案。采用数值模拟计算方法对比这2种优化方案对列车气动力系数的影响。结果表明:在列车处于静止状态下,方案1中挡风墙迎风侧最佳坡角为57°,方案2中挡风墙迎风侧和背风侧最佳坡角均为69°;在列车以20～120km.h-1速度运行的动态状态下,按方案1,为达到列车倾覆力矩为0的最佳防风效果,挡风墙迎风侧坡角也必须随着列车运行速度的增大而增大;而按方案2,挡风墙的迎风侧和背风侧坡角基本不随列车速度的变化而变化。因此建议在实际工程中采用方案2进行土堤式挡风墙坡脚的优化设计。     

兰新铁路强风地区风沙成因及挡风墙防风效果分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"和南疆铁路前百公里强风地区风沙成因进行分析,研究挡风墙后不同高度、不同间距风速变化情况,现场实测挡风墙的"遮蔽效应",对挡风墙的防风效果进行评价.研究结论:兰新铁路强风地区风区大风主要为内陆寒潮性大风,受地形地貌引起的狭管效应、下坡风及局地大气对流效应的影响较大,具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定、起风速度快等特点.现场实测表明,挡风墙防风效果显著,3 m高挡风墙后在3 m高内风速较挡风墙外侧风速大大降低,风速20 m/s时有效遮蔽范围超过38 m,有效地减弱了列车的倾覆力矩.不同条件下挡风墙对沙害减弱的影响还需进一步加深研究,这些结论对于今后铁路防风沙具有一定的指导和借鉴作用.     

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。     

铁路防风栅抗风性能风洞试验研究与分析

防风栅可降低铁道车辆在横风作用下铁道车辆所受的气动力,其抗风性能受许多因素影响。针对这一问题,根据日本对防风栅、车辆、线路等组合进行一系列风洞模型试验,以及得到的试验数据,分普通型防风栅与新型防风栅情况,对防风栅降低铁道车辆所受气动侧向力的抗风性能的主要影响因素,以及防风栅实际应用情况等进行分析和讨论,最后根据国内对防风栅研究与应用的现状提出相关建议。     

大跨径自锚式悬索桥抗风稳定参数分析与风洞试验

从气弹性理论出发,探讨矢跨比、截面形状、施工方法等对桥梁的颤振临界风速及气动稳定性的影响,将计算结果与风洞试验结果相对比。并以位于湖南长沙的中跨328 m、全长728 m的三汊矶大桥主桥为例来论证上述的各项影响。     

隧道活塞风模型试验研究

随着长及特长单线铁路隧道的大量修建,利用活塞风改善隧道内空气质量,降低隧道通风能耗已成为可能。国内外对于隧道压力波和隧道内列车空气阻力问题进行了较多研究,但对隧道活塞风全面系统性的研究较少。为此,根据相似原理,考虑模型的变态,采用全模型试验方法设计搭建隧道活塞风模型试验台,用于活塞风风速的测试。将试验值与理论计算值、原型转换试验值与理论计算值进行比较,结果表明活塞风速度的符合度较好。由此,取线性比尺为60,以水为工作介质的模型试验用于隧道活塞风研究是可行的。     

盐城火车站无站台柱雨棚风荷载的风洞试验研究

基于盐城火车站无站台柱雨棚风荷载的风洞试验结果，选取典型风向角，研究了平均风压系数和脉动风压系数的分布特性，指出雨棚表面基本为负压控制，且边缘部分压力系数较大。该项研究为进一步探讨无站台柱雨棚的风荷载特性和结构抗风设计提供了依据。     

高铁沿线大风预测技术研究

风速预测是风致灾害预警的关键技术。针对高铁大风预测中延迟性和误报的问题,提出一种基于完整集合经验模态分解(CEEMDAN)和长短期记忆神经网络(LSTM)的组合预测模型对高铁沿线风速进行预测。为了减少预测模型的复杂度和提高模型预测精度,原始风速数据用CEEMDAN分解并利用样本熵(SE)理论将分解出的分量按照样本熵近似值重组成趋势、细节、随机三分量后用长短期记忆神经网络建立预测模型。以高铁沿线某段风速气象数据为例,实验结果表明,与其他预测方法相比,本方法可有效降低预测延迟性和提高预测精度,准确追踪风速的波动性和非线性非平稳的变化,性能更加优越。在高速铁路沿线大风预测中能够发挥良好的适用性,减少大风预警的误报或不报等情况的发生。     

西堠门大桥桥址处风场特性研究

为了对大跨度桥梁抗风评估提供可靠依据,在西堠门大桥跨中安装了4个3维超声风速仪,对桥位处风场进行长期连续观测,获得了桥位处大量风速样本。经过对实测风速数据的分析,得到了平均风速和风向、紊流强度、紊流功率谱密度函数等风场特性,以及紊流强度、阵风因子和摩阻速度随平均风速的变化规律,阵风因子和紊流强度之间的关系等。实测结果表明,桥址处风场紊流强度较高,三个方向紊流强度的比值与规范值有一定差别,需进行长期连续观测。实测湍流功率谱曲线与理论曲线在变化趋势上基本一致,纵向分量接近于Kaimal谱曲线,垂直分量接近于Panofsky曲线。     

风力发电球墨铸铁齿轮箱的超声波检测

通过分析风力发电球墨铸铁齿轮箱的结构特点和缺陷种类，选择采用直接接触法对球墨铸铁风电齿轮箱进行手工超声波检测，试验结果表明此法可以成功地检测出齿轮箱的内部缺陷。     

京沪高铁沿线江苏段风况研究

利用风资源评估软件Meteodyn WT分别模拟京沪高铁沿线江苏段大胜关43个站点和阳澄湖23个站点2016～2018年瞬时风速数据,分析2地区风况特征,为京沪高铁安全行车、防风设计及优化站点布局提供依据.研究结果表明:2地区大风发生频率峰值均在下半夜,并且午后大风波动显著,秋季尤为明显;受气候和地理环境等影响,春季、秋季分别是大胜关和阳澄湖强横风高发季节,其中大胜关沿线在日出至正午时段易受强横风的影响,阳澄湖则需重点关注区域Ⅰ沿线运行;大胜关沿线在站点1～5和12处增设监测站点,并在站点1～5南北侧设置挡风墙,除站点13～17和32～36之外北侧亦需挡风墙.阳澄湖沿线合理布设站点,并在北侧设置挡风墙;高铁沿线在沿江、湖泊等地区切变指数小,风速大,易受强横风影响,而在平原、山地等粗糙地区则相反.