轨顶之上大于5 m高度范围内建筑或构件因列车风所形成的风压缺乏完善的计算方法。测试雨棚表面空气压力变化、振动加速度等参数,并基于计算流体力学软件Fluent,针对250~380 km/h高速列车作用于全封闭雨棚屋盖的脉动风荷载问题,基于三维非稳态的k-ε两方程紊流模型,采用滑移网格技术的数值仿真,计算多种车速条件下列车通过雨棚覆盖区域的动态风场过程,分析雨棚屋盖表面风压分布规律及雨棚侧向开口率对其表面风压的影响,得出雨棚屋盖各部位的脉动风荷载时程曲线等结果数据及多种参数的影响规律;并与实测结果进行对比分析。结果表明车速250~380 km/h时,雨棚屋盖所受列车风风压随列车速度的增加而加速增大,与雨棚至轨顶距离呈现近双曲线性反比关系,风压值分布沿雨棚宽度呈现由轨顶正上方垂直轨道向外减小的规律;理论计算风压值及其与实测列......

运用涡声理论和声类比方法,计算分析了转向架舱外安装裙板后高速列车头车简化模型的空气动力与气动噪声特性。基于延迟分离涡模型获得的近场流场被用于预测远场声辐射。结果表明,流体通过头车时形成了不同尺度和方向的复杂涡结构,上游几何体周围产生的湍涡向下游传播并与下游几何体相互作用,从而在头车尾部形成高湍流度尾迹。头车几何体近壁流场内形成的四极子噪声中,体偶极子声源高于体四极子声源,成为四极子主要声源。头车鼻锥、转向架、转向架舱后壁面以及尾部等部位的涡脱落、流动分离和流体相互作用剧烈,涡结构发展集中,几何体表面压力脉动变化显著,诱发形成偶极子气动噪声源。转向架舱外侧安装裙板后,在沿转向架中心的水平面内,后转向架部位辐射的气动噪声较前转向架强;头车沿线路侧向辐射的气动噪声强度分布较均匀,......

在高速列车速度大于300 km/h紧急制动时,风阻制动是一种行之有效的辅助制动措施。文中基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε双方程模型,采用计算流体动力学方法对高速列车头车车顶纵向布置多组制动风翼板时列车气动性能做初步分析,分别从列车所受气动阻力、垂向力、横向力、流场气动干扰效应等方面做了详细计算说明。初步研究表明在列车头车车顶纵向长度范围内以最大等间距的方式进行多组制动风翼板设计及安放布置时,前后制动风翼板间气动干扰效应随着风翼板布置组数的增多而逐渐加强,各制动风翼板迎风面所受气动压力呈现沿列车前进方向除首排制动风翼板外后续各组压力峰值基本保持一致,整体略有波动,而首排制动风翼板所受气动载荷远大于后续各组;当以最大间距布置风翼板组数大于2组布置时,随着组数的增多所产生的空气制动力......

以CRH380A型高速列车和漏缆卡具为研究对象,针对列车高速运行时复杂的气动效应,建立高速列车绕流流动的控制方程和湍流运输方程,采用动网格技术,模拟列车在隧道内运动;数值模拟获得了卡具所受的表面压力的分布规律车速越高,卡具所受压力波到达越早,头车到达时卡具受力最大;探讨了不同的车速下卡具表面所承受气动力的变化规律相比于横向力和升力,卡具的纵向力曲线振幅较弱。研究结论将为隧道漏缆卡具的优化设计提供理论依据。

采用计算流体动力学方法,针对不同迎风角带制动风翼板高速列车气动性能影响作了初步分析,分别从列车所受气动力、气动干扰效应及气动噪声等方面对首排制动风翼板不同迎风角度的选择确定作了计算说明,初步研究结果表明制动风翼板不同安装迎风角度,迎风面所受空气压力分布呈上下2个高正压区,随着迎风角在45°~90°范围内逐渐扩大,下部高压区受压逐渐减弱,同时逐渐与上部高压区上下缩减分离,列车所受空气阻力基本保持不变,阻力系数约为0.24,所受垂向升力呈缓增的趋势,升力系数约在1.4×10-3~2.0×10-3范围内,气动干扰效应及风翼板迎风面所受高压区逐步减弱。

转向架区域是高速列车最主要的气动噪声源。通过风洞试验的方法,测量了1∶20转向架区域的舱内气动噪声和压力,分析了动车转向架、拖车转向架舱内气动噪声和脉动压力的速度标度律,及其随雷诺数的变化规律。结果表明近场气动噪声标度律分析可以区分转向架舱内湍流脉动压力和声压,舱内湍流脉动压力能量随速度的3.2~3.9次方增加,声压级随速度的6~8次方增加,两者的分界线频率,转向架舱后壁高于舱顶部。气动噪声为具有多个峰值的宽频带噪声,频率不随雷诺数变化的峰值噪声由声共振导致,频率随雷诺数增加而增大的峰值噪声为气流冲击轮对下部导致。转向架区域的气动噪声的峰值频率与转向架舱、轮对尺寸有关,宽频带噪声受转向架形式影响。该研究结果可为理解转向架区域气动噪声源特性及降噪控制提供理论和数据支撑。

为了创建高速列车气动噪声源识别方法,以气动声学基本波动方程为基础,将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成,利用声辐射和流场物理量之间的关系,并结合高速列车气动数值仿真技术,建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法,从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别;基于涡声方程声源项特征,进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征,表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因,头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主;偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方,在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加,成为其形成强声源的主要原因.

针对高速流场下凸台周围的气动光学效应,对不同马赫数下的三种凸台形状周围的流场进行仿真计算,计算得到流场的密度变化,计算了光线经流场传输后的光程差。仿真结果表明随马赫数增大,光程差逐步增大;同等条件下,不同出射角度对应的光程差不同,凸台存在强烈的尾流区域,从而导致较大的光程差;在马赫数达到跨音速时,凸台顶端也会产生较大的光程差;曲率较小的凸台结构对周围流场的影响较小。

随着绿色环保的现代轨道交通设计理念发展,受电弓减阻成为制约高速列车提速的关键问题之一。高速列车运行时,受电弓暴露于流线型车体之外,是列车气动阻力的主要来源之一,随着列车速度的提高,受电弓的减阻问题亟待解决。本文针对某型高速受电弓,基于计算流体动力学仿真技术,分析了整弓气动阻力分布,确定滑板与底座的压差阻力是气动阻力的主要来源,提出了滑板流线型减阻外壳与底座包裹流线型减阻外壳的优化方案,并与原模型对比验证了减阻效果。计算表明,减阻模型在350 km/h运行时,整弓气动阻力在开口、闭口时分别降低25.13%与24.19%。

针对目前高速铁路规划及噪声治理措施现状,提出了4种轨旁矮屏障型式,并借助数值仿真手段,模拟了高速列车通过高架桥上不同形式矮屏障的过程,研究了矮屏障上作用的气动力特性。计算结果表明,不同型式矮屏障所受气动力随时间变化趋势基本相似,呈现出明显的头波和尾波效应;不同型式矮屏障表面气动力的峰峰值大小有差异,3型矮屏障面板风压峰峰值最大,1型矮屏障背板风压峰峰值最大。结合一般混凝土结构强度,矮屏障设置导致的风压增量较小。