高速列车通过不同防风工程的过渡段时,工程边界的变化会引发列车气动性能产生急剧变化进而引发车体晃动。通过对兰新高铁复杂环境下防风工程过渡区域流场变化规律及气动特性的研究,探明突变边界引发的风流场突变机制及演化规律。结合工程优化的可行性、经济性等实际情况,提出加高薄弱段挡风墙结合降低路堑挖方的综合性工程优化方案,工程实施后现场实测表明区域内风速突变显著降低,工程效果明显。对于复杂环境下高速铁路防风工程过渡段的优化,需重视不同结构过渡边界引发的风切变机制及演化规律的研究,重点从改善突变流场结构、弥补工程薄弱环节入手,结合地形地貌及工程条件因地制宜地采取工程对策。

高速磁浮列车通过隧道过程中将引起剧烈的压力波动,造成司乘人员耳感舒适性、车体及其零部件、隧道衬砌及辅助设施的气动疲劳寿命问题,有必要对磁浮列车高速通过隧道时压力波效应进行研究。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法对单列车通过隧道时车体压力载荷进行数值模拟研究,初步揭示隧道长度、列车速度、阻塞比对车外压力波的影响规律;得出时速500~600 km/h速度下基于最大正负值和最大压力峰峰值的最不利隧道长度;论证了列车通过隧道产生的压力波幅值与列车速度平方成正比的适用范围,总结了压力最值与速度的拟合关系式。本文研究方法和结果可为车体设计选用气动载荷提供参考依据。

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,探索时速600 km/h高速磁浮列车流线型头部拱形结构参数对列车与隧道耦合气动特性的影响。分析单拱、双拱和三拱3种不同拱形结构列车穿越隧道时车体表面压力、初始压缩波、微气压波和气动升力。研究结果表明头车拱形结构能有效改善高速磁悬浮列车的空气动力学参数,拱形结构参数对车体表面及隧道壁面最大压力峰值的影响较小,但对隧道内初始压缩波的影响较为明显,相比单拱磁悬浮列车,双拱磁悬浮列车和三拱磁悬浮列车通过隧道时,隧道内初始压缩波压力梯度分别减少5.67%和8.75%;磁悬浮列车拱形结构的增加对隧道出口的微气压波幅值也有缓解作用,相较单拱磁悬浮列车距隧道出口20 m处的微气压波峰值,双拱和三拱磁悬浮列车微气压波峰值分别减少10.9%和14.0%,相较单拱磁悬浮列车...

传统的列车头尾外形优化及车体平顺化气动减阻方式已趋于减阻极限,应用流动控制技术来降低列车表面摩擦阻力成为实现列车气动减阻的重要途径之一。采用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)对高速列车头车车身向外喷射氦气的主动控制减阻技术进行研究,分析喷气速度、喷气部位以及喷气方式对列车气动阻力及周围流场结构的影响。研究结果表明等截面车身顶面喷气时,随着喷气速度提高,减阻效果减弱,当以0.1U(U为来流速度)喷气时,具有最佳气动减阻效果,整车气动减阻率为3.68%,对比各节车在不同喷气速度下摩擦阻力变化,当喷气速度较低时对各节车均有减阻效果,而喷气速度越高,对中间车和尾车的减阻效果越差,甚至产生增阻效果。头车流线型与等截面车身过渡位置和等截面车身顶面分别以0.1U喷气时均降低了列车整车阻力,流线型头部过渡位置顶面喷...

随着我国高速铁路建造技术高质量发展,高速列车运行速度不断提升。受列车运行速度、隧道服役时间等众多因素的影响,高速铁路隧道在服役期间,衬砌裂损掉块病害现象日益凸显,严重危害行车安全。为探究行车环境下,列车风及其流场结构对隧道衬砌掉块下落过程的影响规律,建立列车-隧道-衬砌掉块-空气三维气固耦合计算模型,模拟行车环境下衬砌掉块自隧道拱顶脱落到下降落地的全过程。研究结果表明1)衬砌掉块的下落过程包括3个方向的平动与转动,平动以沿列车纵向运动为主,纵向运动位移约为横向运动位移的4倍,转动以横轴为主;2)列车风与衬砌掉块相互作用相互影响,列车风作用在掉块时,掉块周围的流场出现漩涡、绕流等现象继而改变掉块的运动姿态和方向。与此同时,掉块的运动又进一步使其周围流场结构发生改变,以此不断反复直至落地;3)沿...

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...

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...

通过采用三维瞬态DDES数值方法模拟强横风下,在路堤上运行的高速列车周围流场,对比3,6,9和12 m 4种路堤高度对高速列车瞬态气动性能的影响。研究结果表明强横风下,随着路堤高度的增加,列车两侧压力差增大,并影响列车周围流速分布,使得流场情况更为复杂。瞬态流场结构显示,在路堤高度增加之后,车体背风侧的涡结构逐渐由体积较小、脉动频率较高、能量较小的分离状逐渐转变为融合度更高、体积更大、脉动频率较低、能量较大的涡结构,将会使得车体运动的稳定性受到更大影响,更容易发生倾覆危险。从气动力来看,随着路堤高度的增加,头车受到的气动载荷增加较大。

我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风侵袭。为给高铁桥上全封闭矩形式声屏障结构的抗风设计提供理论依据,参照缩尺比为1∶16.8的列车-声屏障动模型试验装置,建立相同比例的横风-列车-桥梁-声屏障三维精细化CFD数值仿真模型;采用大涡模拟(LES)方法分析横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的气动压力以及流场结构;基于本征正交分解(POD)理论,采用Matlab软件分别对横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的绕流流场进行分解,探讨各阶模态对其湍动能的贡献。研究结果表明1)全封闭矩形式声屏障绕流流场的湍流强度在纵向分布上呈两端小、中间大的规律,内部...

目前,下承式钢桁梁在高速铁路大跨度桥梁中的应用越来越广泛,但因其列车在横风作用下与主梁之间气动干扰较大,现有列车气动导纳结果并不适用。为了研究车桥不同组合方式和紊流特征参数对列车气动导纳的影响,以一座典型大跨度下承式四线钢桁斜拉桥为研究背景,利用车桥测力、测压以及脉动风速同步测量系统,在3类格栅紊流场内对车桥耦合工况进行风洞试验。同步采集风压和风速时程数据,利用自谱-交叉谱综合最小二乘法和Sears函数识别列车气动导纳,并采用计算效率更快和识别精度更高的遗传算法进行求解。研究结果表明遗传算法可以对自谱-交叉谱总体最小二乘法取得良好的计算结果,不同风攻角下列车气动导纳u分量变化不明显,而w分量具有明显差别。同时Sears函数在高频区与列车气动导纳具有一定的相似性,但模值偏小;除此之外,紊流度和紊...