列车通过变截面长大海底隧道时的隧道内瞬变压力和列车风研究

在建造长大海底隧道时,为了加固隧道结构并节省成本,通常会改变隧道部分区段的截面面积,这将导致隧道内的空气动力学特性发生变化。本文通过对比变截面(VCS)隧道和常规(CCS)隧道,研究了突变截面对长隧道内压力瞬变和列车风的影响。数值模拟采用RNG k-ε湍流模型,通过动模型试验进行了验证。结果表明,越接近突变截面VCS隧道和CCS隧道内的正峰值压力之间的差异越大,在5.43 km处达到最大值7.63%。在两种隧道之间纵向列车风的差异最高达18.7%,但在其他两个方向上几乎相同。此外,突变截面对隧道不同区域的影响不相同。本研究对长大变截面隧道的参数设计和隧道内附属设施的布置具有参考价值。

端面下斜导流板对高速列车转向架防积雪性能的影响

针对风雪气候条件下高速列车转向架区域的防积雪结冰问题,设计端部下斜橡胶板导流方案。基于RNG k-ε湍流模型对15 m/s横风环境、200 km/h运行车速条件下,不同导流板下斜距离方案的转向架区域进风量、流线流速及对整车的气动力影响进行计算和分析。研究结果表明:转向架底面为主要进风来源,导流板下斜距离越大,转向架区域的总进风量越小,下斜距离由40 mm增至60 mm,总风量减小幅度最高达50%;优化前后流速流线对比显示,下斜导流方案改变了运行前方底板下方来流流场,上扬气流受导流板抑制往下流动,气流绕过转向架区域腔口抵达转向架底部后方,有效减少了车底进入转向架区域气流;增加导流板后,随着导流板下斜距离增加,整车阻力为增加趋势,相比原型车最大增加2.4%。而横向力、升力和倾覆力矩变化均在1.8%以下,影响较小。

大风环境列车横截面外形优化

列车经过大风环境时引起的列车稳定性变化影响列车行车安全与乘坐舒适性。优化列车横断面可以提高列车在横风作用下气动性能,降低倾覆危险。借助数值模拟手段,通过优化截面内倾角位置高度等7个几何参数,得到倾覆力矩随参数变化的规律,确定优化中需重点关注的参数。研究结果表明,倾覆力矩随顶部折角与底部折角的变化为非单调增长,而随其他部位的变化呈现单调趋势,优化得到的组合截面比原始截面横向力下降28. 28%、升力大小下降42. 85%、倾覆力矩减小45. 91%。优化后的列车横截面模型与原始断面相比,横向力增长了24. 28%,升力和倾覆力矩分别下降了75. 99%和27. 19%。倾斜条件下,优化后的列车截面模型倾覆力矩较原车模型下降了11. 22%。

高速列车设备舱底板的辐射传热特性

针对设备舱底板传热问题建立计算模型,分析不同风速、不同底板初始温度和不同辐射热吸收率对底板温升及热辐射占比的影响,并通过试验研究常规防辐射涂层对底板温升的影响。研究结果表明:设备舱底板温度上升的主要传热方式为对流换热,而非辐射换热;在强迫对流条件下,即相对速度为5 m/s,底板材料辐射热吸收率为0.1时,其温度上升初期辐射热占比小于20%;在自然对流条件下,且底板材料辐射热吸收率为0.1时,其温度上升初期辐射热占比小于35%;实际设备舱底板材料辐射热吸收率低于通常防辐射涂料吸收率,建议不增加额外的防辐射热措施。

隧道内高速列车与轨道附加板气动交互特性研究

采用RNG k-ε湍流模型模拟列车运行全过程,研究在隧道运行条件下轨道附加板对隧道内压力、列车风速度及列车气动特性的影响规律以及列车对轨道附加板的气动力作用。研究结果表明:轨道附加板的存在减小了列车运行时的阻力,但导致隧道以及列车表面压力、隧道内列车风风速均有所增加,分别增加了2.5%,3.1%以及4.0%;当列车通过时,轨道附加板所受最大升力随车速增加而显著增大,当列车速度为400 km/h时,轨道附加板所受升力为5133 N。因此,在设计隧道内轨道附加板时,需要考虑稳定其固定装置,保证轨道附加板在服役期间的安全。

吸声轨道对高速列车辐射气动噪声影响研究

采用有限元、边界元及大涡模拟相结合的方法,对不同吸声轨道上运行的高速列车辐射气动噪声进行数值仿真,分别分析不同吸声轨道对高速列车整车气动噪声源及车下噪声源的辐射噪声的降噪效果及降噪特点。研究结果表明:有砟轨道和吸音板轨道均可有效降低列车高速运行时的辐射气动噪声,其中有砟轨道的降噪效果为0.8~2.8 dB,吸音板轨道的降噪效果为1.1~3.5 dB;当列车以350 km/h速度运行时,吸音板轨道吸收能量占车下区域辐射气动噪声能量的71.2%,整车辐射气动噪声量的21.5%。

Aerodynamic noise characteristics of high-speed train foremost bogie section

This paper investigates the main scale analysis of the aerodynamic noise in the foremost bogie area by the large-eddy simulation(LES)and the Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)analogy.The mechanism of the aerodynamic noise in this area has been excavated.The aerodynamic excitation results show that the bogie divides the bogie compartment into two cavities,each of which contains a large circulating flow and presents multi-peak characteristics in the frequency domain.The far-field noise results suggest that in the speed range of 200−350 km/h,the aerodynamic noise mechanism in the bogie area is the same.Cavity noise is the main noise mechanism in the foremost bogie area,and the bogie divides the bogie cabin into two cavities,thereby changing the aerodynamic noise in this area.