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。     

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。     

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%。     

运动边界对冰雪风洞试验段流场特性影响研究

轨道列车转向架区域的积雪结冰现象,是关乎列车运行稳定以及行车安全的关键问题。为了解决转向架区域的积雪结冰问题,研建列车转向架积雪结冰风洞以研究原始比例模型转向架区域流场特性。基于SST k-ω的IDDES湍流模型,分析不同运动边界条件下风洞试验段气流流动特性,探索积雪结冰风洞在现有运动边界条件下的流场模拟适应性与差距。通过网格无关性验证和流场校测,验证数值方法能够满足积雪结冰风洞流场的模拟。研究结果表明：静止地面和静止轮对无法近似模拟真实环境下运动地面和旋转轮对的边界条件的流场特性,轨面以上的空间平均速度最高偏大5倍,静止地面和旋转轮对的风洞实际边界与真实边界更接近;静止地面和静止轮对下转向架后侧的空间压强平均负压高于其他工况,车体后端板表面和转向架表面平均负压强偏差较大,静止地面和旋转轮对的表面负压平均偏差9%,转向架轮对表面压强偏差15%;不同工况下的转向架区域的湍流度差别不大,转向架前侧区域的湍流度在静止地面和轮对下整体偏大。综上所述,在不同试验段运动边界条件下,现有积雪结冰风洞中静止地面和旋转轮对边界条件能较好地模拟实际运行状态下的转向架区域流场特性,为后续试验研究转向架区域的...     

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...     

基于空簧悬挂特性的高铁车辆垂向振动舒适性对比研究

在对车辆振动舒适性进行型式试验和仿真分析的基础上,以拖车为对象,研究空簧悬挂对车辆垂向振动舒适性和地板振动的影响.对车辆的多体系统仿真结果表明:采用德系空簧时车辆的垂向振动舒适性较使用日系空簧时提高了约10％;而在德系空簧辅以二系垂向减振器的组合悬挂下,车辆的垂向振动舒适性介于使用德系空簧与日系空簧之间.对车辆的刚柔耦合仿真表明:当车辆以不低于300km· h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的高频垂向振动主要为转向架上方的局部模态振动,而且随着速度的降低,其振动能量逐步减小或消失;车体地板中部的振动是以1阶和2阶垂向弯曲模态振动为主的中频振动,并且与二系悬挂形式关系不大;当车辆以低于300km·h-1的速度在直线和7000m半径曲线线路运行时,地板前端的垂向振动主要是低频振动,并且与二系悬挂方式有较强的相关性;增设二系垂向减振器后,虽然可以弥补德系空簧低频性能的不足,但有可能因高频阻抗过大而造成1阶垂向弯曲模态振动的增强.     

CRH380BL高速动车组气动外形优化设计

降低列车运行阻力是实现高速列车速度能力提升、节能环保的有效手段。通过仿真分析和风洞试验等手段,研究了CRH3动车组气动外形与空气阻力的关系,并对车辆间连接结构、转向架区域、车顶设备导流区域等部位进行了优化,提出了CRH380BL动车组的最佳气动外形方案。     

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。     

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。     

基于DE S的高速列车气动阻力分布特性研究

基于Realizable k-ε方程的DES数值模拟方法,研究某高速列车头、中和尾车不同区域对整车气动阻力系数的贡献值,并结合风洞试验结果,验证本文所采用的计算方法,计算与风洞试验结果两者偏差在2％以内;各车辆的瞬态气动阻力系数时程曲线在均方根值上下波动,其中头车的脉动幅度最小,尾车最大;头车、尾车的头部曲面区域及各个车辆转向架区域的气动阻力占整车气动阻力的77．8％;前端转向架区域气动阻力系数从头车、到中间车、到尾车大幅度减少,后端转向架区域气动阻力系数逐渐增加;从流场结构来看,列车的头部、风挡、车底结构以及车尾处产生了大量的漩涡;沿车长方向,头车车体附近的漩涡情况好于中车和尾车。     

高速列车车顶高压设备流场特性研究

高速列车车顶高压设备裸露于室外,易受环境影响产生积污。针对高速列车车顶受电弓绝缘子区域的流场特性进行仿真计算,分析高速列车运行情况下的流场结构,对3种不同导流罩下的车顶高压设备流场特性进行对比,得到了不同导流罩对高压设备区域流场的影响。结果表明:侧板型导流罩可增加绝缘子周围气流速度,避免污物沉积。     

高速动力车转向架二系悬挂高圆簧配置选择

本文主要论述了我国高速动力车转向架二系悬挂高圆簧的配置选择，在保证二系悬挂性能指标的基础上，提出了每台转向架布置六组高圆簧的方案，并将该方案与德国ＩＣＥ高速列车驱动转向架二系悬挂高圆簧布置方案进行了分析比较，证实了ＩＣＥ驱动转向架二系悬挂高圆簧的布置方案和结构设计是从合理的。六组与四组高圆簧方案各有优缺点，在我国高速动力车转向架二系悬挂设计中，仍采用每台转向架布置四组高圆簧方案为宜。     

高速列车表面随行波微细结构减阻技术研究

针对高速列车车头流线型区域、转向架区域隔墙部位、风挡区域端墙部位共3个具备减阻潜力的部位布置了不同形状、尺寸及布置方式的随行波微细结构,通过仿真计算和风洞试验,获得了利用表面随行波微细结构进行减阻应用的可行性方案。仿真和试验结果表明,流线型部位不宜采用随行波微细结构;转向架区域隔墙部位和风挡区域端墙部位等处进行凹坑型表面随行波微细结构改形处理后具有良好的减阻效果。     

高速列车流线型转向架与底部导流板的气动减阻效果研究

为适应高速列车进一步提速的更低气动阻力实际需求,针对CR400AF型高速列车动车转向架和带头型简化车体,应用底部流动导向控制思想,采用附加轻质易造型材料包覆原有部件的理念,开展转向架各部件流线型化和车体底部导流板综合减阻效果的验证试验与数值仿真研究。验证试验选择有无导流板的流线型转向架带简化车体模型,在3种试验速度工况下阻力试验值与仿真值误差均少于10%,验证了数值仿真的可靠性,带导流板试验模型较不带导流板试验模型均有减阻。数值仿真研究运用Realizable k-ε湍流模型,采用切割体笛卡尔网格划分技术,并在边界层内采用棱柱层网格,控制第1层网格的厚度,确保y+值能满足壁面函数要求。经稳态明线运行的仿真模拟网格无关性检验后,探究了流线型动车转向架与导流板组合运用的气动减阻特性及效果。对比了流线型动车转向架与安装导流板前后动车转向架、简化车体以及转向架舱上的阻力变化情况和压力分布变化情况,分析了转向架区域的流场结构变化。数值仿真结果表明：流线型设计的动车转向架相较于原始动车转向架有一定的减阻效果,在400 km/h的运行速度下减阻率达到1.08%。流线型设计动车转向架与导流板组合运用后...     

冬季气候条件下的高速列车运营(续完)

<正>3.4道岔冬季期间,由于道岔不能正常工作引发的问题是导致基础设施紊乱最常见的原因。北欧国家在道岔处安装了特殊的防雪保护装置,减少道岔处的积雪量,保持二尖轨之间区域无障碍。不幸的是,该保护装置不能完全盖住活动部件。列车运行速度较高时,很显然防雪保护装置不能正常工作。列车上掉落的冰块撞击防雪罩,以及通过列车下方的强烈气流,会导致防雪保护装置破成碎片和/或出现部件松动。近年来,在用防雪罩的数量在减少,尤其是在高速     

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...     

高速动车组转向架积雪特性数值仿真及优化设计

基于三维不可压缩Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,对350 km/h高速动车组明线运行转向架周围空气流场进行数值分析,采用离散相模型对路面积雪引起的转向架风雪两相流流场进行数值研究。结果表明,转向架周围流场存在的大量空气涡流,影响了转向架周围的空气压力分布。转向架表面的雪花颗粒黏附堆积情况与转向架的安装位置及其周围的空气流场压差有关。中间车第一个转向架颗粒黏附数量最多,尾车第二个转向架黏附数量最少。通过优化转向架周围的裙板结构,转向架周围的空气压力有明显变化,转向架周围垂向方向空气压力差有减小趋势,转向架表面及前后导流板雪花颗粒黏附堆积数目比原方案降低了51.03%。     

横风环境中复线路堤上高速列车的气动性能

建立了横风环境中高速列车运行于复线路堤上的三维空气动力学模型,开展了路堤高度和列车在复线路堤上的位置对高速列车气动性能影响的数值计算与对比分析。结果表明,路堤上列车周围的气流流速大于平地上的气流流速,导致路堤上列车气动性能较平地上恶劣;路堤高度和横风速度对高速列车在下风线上和上风线上气动性能的差异有重要影响;列车在下风线上运行比在上风线上运行更容易发生倾覆。     

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。