建立高架桥和城际动车组的三维模型,应用ANSYS ICEM软件生成结构网格,采用RANS湍流方程开展定常计算以及大涡模拟进行非定常计算,得到车体表面压力时程曲线。通过风洞试验验证数值计算的网格模型和仿真算法。耦合车速和风速,计算高架运行的城际动车组车体气动载荷。研究结果表明:无横风时,动车组头车阻力最大,与速度的二次方成正比;有横风时,尾车阻力最大。车速在80 km/h至200 km/h范围,风速为10 m/s至60 m/s范围时,相同车速和风速下,动车组头车的侧向力、升力和倾覆力矩最大,中间车次之,尾车最小;横风风速对车体气动载荷的影响敏感度大于运行车速。

为了研究轨道间隙对磁浮列车气动性能的影响,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均方程和标准k-ε双方程湍流模型,模拟无风及横风条件下不同轨道间隙下2车编组磁悬浮列车气动性能。研究结果表明:通过风洞试验验证,列车表面压力的数值模拟结果与试验数据变化规律一致,幅值相差不超过10%;在无风条件下,随着轨道间隙增大,在列车头车流线型及整车非流线型部分,列车与轨道之间空气流速呈增大趋势,而在尾车流线型部分,列车与轨道之间速度略有减小趋势,列车鼻尖点附近车底压力突变幅增大,头车升力减小,尾车升力增大;当轨道间隙由8 mm增大到20 mm时,头车升力减小36.01%,尾车升力增大10.09%,当横风风速为20 m/s时,随着轨道间隙增大,在头尾车鼻尖点附近位置,车轨之间空气流速随轨道间隙增大而减小,在头车流线型其他位置及非流线型部分,车轨之间速度随轨道...

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...

横风作用下桥上车辆的运行安全性和舒适性已得到越来越多的关注。准确了解桥上车辆气动特性是评估强风作用下行车安全性和舒适性的基本前提。由于公铁同层桥上汽车和列车存在显著的相互气动影响,使得车辆气动特性更为复杂。本文以集装箱卡车和CRH2高速列车为例,通过风洞试验对某大跨公铁同层桥上车辆气动特性开展研究。试验结果表明,公铁同层桥上列车与公路车辆之间的空气动力干扰随着列车(轨道上游,轨道下游)和公路车辆(迎风侧,背风侧)的位置以及轨道上放置的列车数量而变化;列车对上游的公路车辆气动力影响较小,对下游的公路车辆影响较大,且公路车辆侧力系数受列车干扰效应最为显著;桥上公路车辆仅对列车有限宽度的表面压力分布有影响,对该范围内的列车升力系数影响最大,列车的其他气动力则主要受相邻列车气动干扰的影响。 ...

我国幅员辽阔,铁路运输网密集,部分线路设置在大风区段。随着列车运行速度的不断提高,横风对列车的影响愈发明显,迫切需要研究一种改善列车气动性能的有效措施。基于空气动力学的基本原理,针对不同高度、不同结构形式的风屏障分别建立车-桥-风屏障系统的数值模型,分析建立风屏障前后列车周围流场的变化,研究运行在双线桥梁上的列车受风屏障的影响,探讨风屏障高度、列车运行速度、横风速度以及风屏障形状等不同参数对列车所受气动力的影响。模拟结果表明,风屏障存在一个合理的高度值,过高的风屏障会使列车所受侧向力、升力方向发生改变,导致列车处于过保护状态。

为了保证高速列车在大风环境下路堑中行驶的安全,建立了高速列车—路堑耦合的气动仿真模型,研究了不同风场环境下路堑深度对列车气动性能的影响.研究表明高速列车的气动特性随着风载荷的突变,气动特性的变化情况复杂.横风环境下,路堑深度的增加有利于降低列车气动力,而在突变风环境下,突变风作用下列车的气动力随风速变化情况更为复杂.当路堑深度为变量时,列车的气动力整体上随着路堑深度增大而降低,深路堑相较于浅路堑升力峰值减小51%,横向力减小52%,侧滚力矩减小97%,摇头力矩减小92%,6 s以后风载荷的影响出现滞后现象.同一路堑深度下,与横风作用下的结果相比,风载荷发生突变对高速列车气动特性影响大得多,列车的气动力及力矩峰值波动25%以上.

为研究横风作用下车-桥系统因列车运动状态差异对各子系统气动特性的影响,采用自主研发的列车-桥梁风洞试验测试系统,对横风作用下的车-桥系统进行气动特性测试。以我国目前使用最为广泛的高速铁路32 m简支梁桥和CRH2动车组为研究对象,设计缩尺比为1∶25的试验模型,分别进行静止列车和移动列车在桥上时不同风速和不同位置的气动特性测试。结果表明采用静止车-桥模型风洞试验和移动车-桥系统模型风洞试验得到的列车和桥梁气动特性之间差异明显,移动列车使得车辆与桥梁之间气动干扰增大,其气动特性将变得更为复杂。总体上,在桥梁上游轨道列车车速与风速的合成风速法仍能反映列车气动特性的趋势,但由于桥梁的干扰使得其很难在车-桥系统中完全成立。此外,尽管静态车-桥系统风洞试验展现出了更稳定的试验属性,但并不能完全揭示列车运...

为研究高速铁路桥梁全封闭声屏障的横风气动特性,通过节段模型风洞试验对全封闭声屏障的三分力和表面风压进行了测试,分析了风速、雷诺数效应、风攻角、侧视断面位置对全封闭声屏障气动特性的影响。结果表明:在不同风速下测力和测压结果的规律相似;雷诺数效应对全封闭声屏障的横风气动特性和顶部的风压分布影响较大;风攻角对全封闭声屏障的阻力系数有较大影响;不同断面的风压分布曲线具有相似的规律,本文给出了设计用的近似风压曲线。

针对列车高速驶入隧道时流场的三维、非定常及可压缩湍流等特性,建立了精细化的隧道-列车-空气三维CFD数值模型,对比分析洞口有无横风条件下列车驶入隧道过程中车体周边的瞬态流场结构、压力分布,并研究横风条件下车体的5项气动荷载(气动横向力、气动升力、倾覆力矩、偏航力矩和点头力矩)指标的瞬变特性以及风速和车速变化对其最大瞬变幅值的影响情况.研究结果表明:当列车在横风环境下驶入隧道,洞外部分车体两侧流场结构和压力分布差异显著,而洞内部分差异较小,从而引发列车进洞前后车体压差突变;列车在进洞过程中,车体的各项气动荷载均存在瞬变效应,且尾车同时呈现出倾覆、“上跳”、“蛇形”摆动以及“点头”等行为;风速变化对尾车偏航力矩变化幅值影响较显著,而车速变化对头车偏航力矩变化幅值影响较显著.

对高速列车由横风环境驶入隧道过程中流场的非定常、可压缩以及湍流等特性,建立了隧道-列车-空气三维CFD数值模型,分析了列车驶入隧道时各节车厢的气动荷载瞬态变化特征及对应的车厢运行姿态变化,并从流场角度揭示了其变化机理,最后探讨了气动荷载对车厢的冲击效应.主要结论如下:(1)当列车由横风环境驶入隧道时,各节车厢的5项气动荷载均表现出显著的突变特征,相应地各节车厢均会呈现瞬间偏转以及瞬间"点头"等行为;(2)车厢两侧压差在纵向上的巨大差异是导致车厢横向力和倾覆力矩的突然卸载以及偏航力矩骤增的根本原因;(3)横风是导致气动荷载对车厢冲击强度显著升高的主要因素;(4)头车的安全系数是控制整列车运行安全性的关键.