研究目的随着列车运行速度的提高,气动阻力逐渐成为行车的主要能耗,而列车在隧道内运行时,气动阻力能耗增加更为显著。本文采用三维数值模拟方法,基于LES紊流模型,对CRH3型列车的气动阻力特性开展研究。研究结论(1)对列车在明线运行时的气动阻力系数进行分析,并与日本列车测试结果比较,验证了计算结果的可信性;(2)分析得到了在不同阻塞比情况下,列车在隧道内运行的气动阻力系数,回归确定了列车气动阻力系数与隧道阻塞比服从指数函数关系,并给出了气动阻力系数预测公式;(3)将所得公式应用于对双车头列车在隧道运行的气动阻力系数预测以及真空管道等气动阻力参数设计,验证了其可信性和实用性;(4)本研究成果可为列车隧道气动阻力系数相关的分析、设计提供指导。

基于成熟的明线上高速列车气动噪声计算模型和可压缩大涡模型,考虑声学无反射边界条件,利用计算流体力学软件Fluent建立无限长隧道内高速列车气动噪声计算模型,对比分析高速列车在明线上与隧道内运行时的流场组织结构和气动噪声源。结果表明高速列车在明线上与隧道内运行时具有类似的流场结构和气动噪声源分布规律,但隧道内的流场结构尺度与强度、气动噪声源强度均比明线上大;车速为350 kmh-1时,隧道内头车排障器尖点扰动区的速度幅值约为明线上的1.2倍,列车尾流区长度约为明线上的1.7倍,整车、1位转向架、头车流线型车底及中间车上部的等效声源声功率分别约为明线上的3.2倍、1.6倍、2.7倍和4.2倍;隧道内活塞效应并不是在全频率范围增加等效声源声功率,而是在包含峰值频率较狭窄的频率范围显著地增加等效声源声功率。

日本是世界上较早研究高速铁路隧道洞口微气压波问题以及减缓措施的国家,在新干线建设和运营过程中积累了比较丰富的工程技术经验。本文全面调研了日本新干线隧道缓冲结构设置的原则、类型,主要技术指标或参数,特别是新干线提速过程中遇到的隧道空气动力学问题和处理对策,以期对于我国400 km/h及以上高速铁路的建设提供借鉴。

随着国内高速铁路网不断完善、城市内部和城际之间的轨道交通快速发展,城际列车设计速度逐年提高,达到160 km/h,其在运行过程中将面临一系列空气动力学问题。为分析160 km/h城际列车运行时的综合气动性能,利用STAR CCM+软件,采用三维雷诺时均Realizable k-ε湍流模型模拟城际列车的周围流场特性,应用重叠网格模拟列车穿越隧道的滑移运动,将原始头型、改进头型和车顶设备城际列车模型进行数值仿真分析,研究160 km/h城际列车明线运行和通过2种不同横截面积隧道时的流场特性和车体的受力情况,分析城际列车在不同工况下的气动性能。研究结果表明适用于干线铁路160 km/h城际列车的头车气动阻力较大,通过改进头车的凹槽外形和空调导流斜面,可减少头车所受气动阻力,头车的阻力系数由0.397减小为0.349,降幅12%,整车减少8.26%。横风条件下,头车车身阻力系数随风向

通过动模型试验和数值仿真方法,对时速400 km不同编组(8车编组、16车编组和17车编组)单列车通过最不利长度隧道和列车在最不利长度隧道内交会时的车体表面气动载荷进行研究,并基于雨流计数法与等效疲劳载荷公式对车体的等效疲劳载荷进行分析。研究结果表明单列车通过隧道或列车隧道内交会时,车体等截面区域处的Δp(压力峰峰值)沿列车长度方向不断下降,并随着编组数增加而增加。单列车通过隧道时,8车编组、16车编组和17编组列车等截面车体区域处Δp的平均值分别为7440,8404和8479 Pa,16车编组列车和17车编组列车相比8车编组列车的Δp分别增加13.0%和14.0%;列车隧道内交会时,8车编组、16车编组和17编组列车等截面车体区域处Δp的平均值分别为12737,14503和14732 Pa,16车编组列车和17车编组列车相比8车编组列车分别增加13.9%和15.7%。车体表面等效疲劳载荷与编组数

高速磁浮列车通过隧道时产生剧烈的压力波,形成了交变的气动载荷,给隧道衬砌和洞内辅助设备带来气动疲劳寿命问题以及设备可靠性问题。本文采用一维流动模型模拟隧道压力波方法,研究隧道内的气动载荷特征,明确了隧道内压力波的形成机理和气动载荷衰减特性,提出了基于隧道内压力最值(最大正负压值和最大压力峰峰值)的最不利隧道长度,得到了阻塞比和速度对压力波的影响特性。本文研究结论可为隧道内设备及设施的气动荷载设计提供参考。

为研究市域列车通过隧道的气动载荷变化规律,利用三维、瞬态可压缩的标准k-ε湍流模型计算了4节编组市域列车通过3种不同断面隧道时的气动效应,并分析了车体表面、隧道壁面及紧急疏散平台的压力时程变化。结果表明(1)隧道A情况下的列车表面压力峰值为2 600 Pa,隧道壁面压力峰峰值为4 100 Pa;隧道B情况下的列车表面压力峰峰值为2 000 Pa,隧道壁面压力峰峰值为3 300 Pa;隧道C情况下的列车表面压力峰峰值为3 700 Pa,隧道壁面压力峰峰值为5 500 Pa;3种不同断面各隧道条件下,紧急疏散平台处压力变化规律与隧道壁面压力变化规律基本一致。由此可见,隧道阻塞比越大,隧道内压力波变化越剧烈。(2)隧道A测点x(线路纵向)方向气流速度变化峰值为17 m/s,隧道B测点x方向气流速度变化峰值为32 m/s,隧道C内疏散平台测点x方向上的气流速度变化幅值最大,约为40 m/s,隧道A、B、C内

采用动模型试验测试隧道表面和动车组车体表面测点的时程压力,验证雷诺平均方程应用于计算列车通过隧道空气动力学的有效性,结果表明数据误差满足精度要求.基于验证后的仿真算法,建立高速动车组在最不利长度隧道内交会的三维几何模型,计算高速动车组转向架的气动力,进而分析其变化规律.计算结果及分析表明尾车转向架6的阻力最大,其阻力的最大值和幅值与速度的二次方成正比关系;头车转向架1和尾车转向架6的侧向力最大,其侧向力极值和幅值与速度的二次方成正比关系;头车转向架2的升力极值最大;当动车组低速交会时,各转向架的垂向力幅值差别不大,但当动车组运行速度超过250 km/h,转向架位置越靠前其垂向力幅值越大.