高速列车气动阻力分布特性研究

针对由8辆车组成的CRH3型动车组的实际外形,生成约1.6亿个计算网格,采用大规模并行计算,模拟单列高速列车在明线轨道上以350km/h速度运行时的气流流场,并对列车各组成部分的气动阻力特性进行统计和归类,给出各部件气动阻力对列车总气动阻力的贡献,为高速列车局部减阻优化设计提供参考。     

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。     

高架桥高度对高速列车气动特性的影响

文章采用计算流体力学方法,针对高架桥高度变化对列车气动特性的影响进行了研究。结果表明,随着高架桥高度的增加,头车的倾覆力矩系数略微增大,而中间车的倾覆力矩系数逐渐减小,尾车的倾覆力矩系数基本不变。高架桥高度达到15m后,列车的气动六分力基本不随高架桥高度的增加而变化。     

高速列车同向并行运动的气动阻力数值仿真

文章采用流体力学数值计算软件FLUENT对我国某新型动车组的空气动力学性能进行了数值仿真.研究了不同速度下,两列高速列车明线同向并行运动时的气动阻力,并与单车明线的气动阻力进行了对比.结果表明,双车产生的气动阻力均大于单车时情况,随着速度的提高,气动阻力增幅加大.     

高速列车通过隧道时气动阻力特性的CFD仿真分析

基于可压缩流体的纳维—斯托克斯方程和RNG k-ε模型,以由头车、中间车和尾车3辆车编组的某高速列车1∶8风洞试验模型为研究对象,采用计算流体动力学软件(CFD),建立包括车体和走行部的三维非结构化列车表面离散网格模型和列车与隧道、列车与明线空间的组合计算网格模型,研究高速列车通过隧道时气动阻力的时变特性和规律.结果表明:高速列车在车尾刚进入隧道人口时其气动阻力达到最大值,为同样工况下明线运行时的2.5倍;高速列车完全进入隧道后,其气动阻力在一段时间内处于相对平稳期,为明线运行时的1.8倍;之后在隧道压力波的作用下,高速列车的气动阻力会发生准周期变化,变化幅度接近明线运行时的60％;在隧道长度大于高速列车长度的前提下,高速列车通过不同长度隧道时,其进入隧道时的气动阻力最大值均比较接近,而且在隧道内运行时的气动阻力变化特征和幅值也基本相同.     

列车编成辆数对高速列车横风气动特性影响的数值分析

对3～8辆编组列车以350km· h-1速度运行时,不同速度横风作用下的气动特性进行仿真研究,并建立列车的阻力系数与列车编组辆数之间的无量纲关系.研究结果表明:对3辆车编组列车的气动特性分析不能取代对其他编成辆数列车的几动特性分析;不同编成辆数列车阻力系数随着横风风速的增加而增大,3辆车编组列车的阻力系数不超过8辆车编组的列车的一半;列车的侧向力系数和倾覆力矩系数随着列车编成辆数的增加而减小;列车编成辆数对头车的阻力系数、升力系数、侧向力系数和倾覆力矩系数影响较小,但是对尾车的影响较大;头车的侧向力系数和倾覆力矩系数明显高于尾车和中间车,尾车的倾覆力矩系数最大值不超过0.4,而头车的最大可达0.7;由于头车的气动安全性比其他位置车辆的低,用头车的气动安全性评估整个列车的气动安全性会偏于保守,但合理、可行.     

高速列车外风挡安装间距对风挡气动特性的影响

为探明空气动力作用下,高速列车外风挡与车体外表面安装间距对风挡气动特性的影响规律,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均R-S方程和RNG k-ε双方程湍流模型数值算法,对0,10,20和30 mm不同安装间距的三车编组半包式外风挡高速动车组进行数值模拟,列车明线运行速度等级为350 km/h。研究结果表明:安装间距对于风挡受侧向力影响较大,尤其是橡胶弧顶与来流相对的外风挡所受侧向力与安装间距成二次函数关系,安装间距30 mm的外风挡受侧向力最大为785N;安装间距对外风挡所受阻力、升力的影响较小,橡胶弧顶相对的两块外风挡阻力方向相反,外风挡气动升力均为负升力且最大为62N;安装间距导致外风挡表面压力分布呈现规律性变化,将外风挡表面气动压力映射到有限元计算模型上,分析不同安装间距下气动载荷作用对外风挡结构变形与应力的影响。本文研究结果可对外风挡结构强度与优化设计,以及安装位置精度要求提供指导。     

高速列车气动及声学行为的尺度效应研究

建立不同模型尺度的高速列车气动噪声数值计算模型,利用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)和FW-H声学模型对高速列车近场流场和远场噪声进行数值模拟.通过风洞试验验证了本文数值计算方法的合理性.对比分析不同模型尺度下高速列车的气动力、流场结构、表面压力脉动以及远场噪声.结果表明:模型尺度对高速列车的气动行为和声学行为具...     

高架桥影响高速列车气动特性的数值模拟分析

高架桥结构在高速铁路建设中被大量采用.开展行驶在高架桥上的高速列车空气动力特性研究,对保证列车运行的安全、舒适、环保具有重要意义.采用计算流体力学方法,对双线高架桥因高度变化影响列车的气动特性进行数值研究,通过合理划分网格、选取合适的湍流模型、设置正确的边界条件提高数值计算精度.     

基于仿生非光滑沟槽的高速列车减阻研究

为减小高速列车气动阻力,根据仿生非光滑理论,以鲨鱼体表为仿生对象,建立仿生非光滑沟槽的几何外形,采用经风洞试验验证的数值模拟方法,开展仿生非光滑沟槽的减阻效果研究。计算结果表明：仿生非光滑沟槽的存在可以阻碍由湍流运动引起的瞬时横向流动的发生,降低湍流与壁面之间的摩擦阻力;沟槽顶端区域的摩擦阻力系数接近于光滑壁面的摩擦阻力系数,而其余大部分区域内的摩擦阻力系数则小于光滑壁面的摩擦阻力系数;在不同的气流速度（60～160 m/s）下,沟槽壁面的阻力系数均小于光滑壁面的阻力系数,仿生非光滑沟槽的减阻率可达6％以上。     

列车风挡对空气阻力影响的数值模拟研究

采用数值模拟方法研究了列车风挡对空气阻力的影响。研究表明,采用大风挡和全封闭风挡可明显降低列车运行空气阻力,为进一步完善列车气动外形提供了科学依据。     

“中华之星”号高速列车司机室过渡曲面局部空气压力分布研究

“中华之星”号列车端部流线型长度达到5.5m,且采用双拱外形。司机室向车体顶部过渡曲面曲率较大,容易产生流动分离现象,为检验端部流线型外形设计的合理性,采用数值模拟计算和实车试验相结合的方法对其局部表面空气压力分布进行研究。研究结果表明:动力车司机室向车体顶部过渡曲面局部表面未发生流动分离。     

高速列车模型风洞试验的模拟方法研究

通过对1∶20的一节半车编组的高速列车带路基轨道模型进行风洞试验研究,研究路基前端和两侧斜坡的结构与尺寸、车厢间隙和轮轨间隙对高速列车模型风洞试验结果的影响规律,获得满足高速列车模型风洞试验要求的模拟方式。研究结果表明:在高速列车模型风洞试验中,当模拟路基时,路基前端伸出车头的长度应不小于3倍的车身宽度,路基前端和两侧的斜坡坡度应不大于35°;当采用多车编组时,1∶20模型的相邻2节车厢间隙应不大于5 mm,车轮下表面与轨道上表面的间隙应不大于4 mm。     

风雨联合作用下高速列车受力数值模拟

采用双方程湍流模型和离散相模型相结合的方法,对不同降雨强度、横风风速和车速下高速运动车辆周围的流场进行研究。研究结果表明:在横风作用下,下落的雨滴与高速运行的列车发生碰撞,雨滴飞溅、改变了车身表面的粗糙度和不平整性,导致车辆运行横向力、升力和倾覆力矩均随着车速、风速和降雨强度的增大逐渐变大;伴随着降雨过程的强横风作用,车辆所受的气动载荷与强横风的单独作用情况下相比稍微增加。     

高速列车负荷特征及其对牵引供电系统的影响

结合高速列车控制方式及传动方式对高速列车的负荷特征进行了较为详细的分析和研究,并结合我国高速铁路行车组织的具体特点对高速铁路牵引供电系统的牵引网载流能力、电压水平以及再生制动对供电系统的影响等进行了探讨。     

基于遗传算法对高速列车速度曲线的优化

为了保证列车运行安全、提高运输效率,满足旅客舒适性和列车节能等要求,必须对高速列车的运行速度进行优化.文章在完成列车自动运行系统中列车速度曲线多目标模型的基础上,选择和运用遗传算法完成了列车运行速度曲线的优化.根据工程实际的需要,尝试从编码方案、复制算子、交叉算子、变异算子和适应度函数的尺度变换等角度来改进遗传算法.最后在Visual C++6.0平台上完成了遗传算法的验证.     

基于弹性需求的高速铁路列车开行方案优化

考虑不同时段列车开行方案与客流出行需求量之间的相互影响关系,在建立高速铁路各时段客流出行需求量关于各时段旅客出行服务水平间的函数关系的基础上,根据高速铁路企业制定列车开行方案与旅客出行选择之间的主从博弈关系,构建弹性需求下高速铁路列车开行方案优化的双层规划模型,并设计相应的模拟退火求解算法。     

基于高速列车振动荷载的桩-土-结构相互作用分析

通过总结高速列车振动荷载相关研究,给出高速列车振动荷载简化表达式。将端承桩看作连续分布水平弹簧-阻尼单元的动力Winkler地基梁模型,建立不考虑轴向力影响的动力平衡微分方程,利用Laplace变换求得动力荷载作用下的水平动力阻抗,通过群桩模型计算结果验证其频率相关性,随着荷载频率变化,水平动力阻抗出现大幅度振荡。建立86 m×142m×86 m 3跨高速铁路刚构桥有限元模型,分析高速列车通过时考虑与不考虑桩土相互作用的桥梁动力响应。对比计算结果,考虑桩-土相互作用的影响,结构将产生更大的位移响应,而上部结构节点力却相应减小;随着列车运行速度变化,桩土相互作用强度也同时发生改变;土层材料参数的变化也将影响桩-土相互作用强度,而且浅层土的影响大于深层土。