400 km/h高速列车转向架底板的阻力影响数值模拟研究

采用数值仿真方法研究明线运行400 km/h高速列车转向架底板包覆结构的气动阻力影响规律,揭示不同包覆形式及安装高度、缝隙间距这两类关键构型参数的阻力影响特性及流动结构的作用特征。研究结果表明:全封一体式及分体式底板包覆方案对整体均有明显的减阻效果,最优减阻率达9.76%,以头车转向架区域为主要减阻部件,但中间车阻力有所增加,且头车包覆越完整,中间车阻力增加越明显;在不同安装高度下,底板减阻效果呈非单调变化,头车底板适当下移有利于提高整车减阻效果,其原因主要是降低了中间车的转向架阻力;当底板缝隙间距维持在一定范围内时,整车减阻效果变化不大,继续增大缝隙会导致减阻效果变差,因为过大的缝隙将显著增强气流对转向架及舱体的冲击,导致整车减阻效果降低。

高速列车头车流线型区域吹气控制的气动减阻研究

为了探索头车流线型区域吹气减阻控制的可行性,采用改进的延迟分离涡模拟方法对不同吹气速度下的列车周围复杂流场进行模拟,通过风洞试验验证数值模拟结果的准确性。研究结果表明:在头车流线型区域采用吹气控制能够显著改变列车周围流场特性;吹气口产生的气流能够避免高速来流对列车表面的直接冲击,有效地减小头车的压差阻力与摩擦阻力;吹气对中间车和尾车的气动阻力影响较小;吹气对列车周围的流场产生干扰效应,使得列车表面部分区域的湍动能增加;当吹气速度增加时,3车模型的减阻率增加,归一化净节约功率增加;当吹气速度为来流速度的0.2倍时,3车模型的减阻率为8.44%,归一化净节约功率为6.74%。

列车通过分岔隧道的气动效应研究

长大铁路隧道受特殊地质条件影响可采用分岔隧道建造。然而,列车高速穿越这种复杂构型的隧道时所引起的空气动力学效应尚不清楚。为此,本文采用三维、可压缩、非定常的雷诺时均模型,模拟研究了高速列车从不同方向通过分岔隧道时引起的气动效应。研究内容主要包括入口隧道结构为单线隧道(STE)和双线隧道(DTE)两个运行环境下的车体表面和隧道壁面的压力波动、列车气动力和周围流场特征等。研究结果表明,相比STE场景,DTE场景下车体表面和单线隧道壁面的压力峰峰值更大,并且气动阻力能耗也更大,头车的平均阻力增大19.2%。然而,STE场景下列车的侧向力波动更剧烈,其峰值相比DTE场景增加26%。本文的研究发现可为特殊铁路隧道的设计和建造提供有价值的空气动力学参考。

不同站台配置的列车风特性差异研究

列车高速运行时会产生可能危害站台人员安全的列车风,而对列车风的大多数研究没有考虑站台带来的影响。为研究站台对列车风特征的影响,基于实际情况提出3种站台(无站台、单侧站台和双侧站台)配置,通过改进延迟分离涡(IDDES)数值模拟方法对比分析高速列车在无站台、单侧站台和双侧站台区域的列车风特性与周围流场差异。研究结果表明:考虑站台时,中间车在轨侧产生的合成列车风速度大于无站台配置的列车风速度,而尾流区域的列车风速度较小;站台配置对一定高度上的列车风速度的纵向分量和垂向分量影响显著;站台的垂直端面与列车壁面之间的狭窄空间会改变周围的流场结构,破坏列车尾部压力和漩涡的对称性,在站台上形成随列车纵向长度发展而上移的漩涡,在车辆与站台间区域内的涡度显著增强。基于站台区域最大列车风速度的分布,当列车以300 km/h的速度通过时,若不存在站台,则人员的安全退避距离约为3.4 m,若存在站台,则该距离减小至约2.5 m。

隧道空气动力学实车试验研究

为了指导既有线200km／h提速技术改造，为第六次大提速的顺利实施提供经验。2005年5月至6月在遂渝线的太和至北碚北路段进行了200km／h提速综合试验，隧道空气动力学是其中的重要测试内容之一。利用地面和车载测试系统，对列车车体表面、车厢内部、隧道壁面空气压力变化、隧道内列车风、隧道口微气压波和隧道壁面振动加速度等参数进行测试。测试结果表明：测点压力变化幅值与列车运行速度的1．7-2．4次方成正比，具体取值与车型和测点位置有关；隧道内列车风风速与列车运行速度成线性关系；隧道口微气压波幅值近似与列车运行速度的三次方成正比、与测点距隧道口距离成反比。列车以200km／h速度过隧道时，车厢内3s最大压力变化幅值为1875Pa，车厢内43％的人有明显耳痛感，显然英国标准（3000Pa／3s）过于宽松；200km／h速度下引起的列车风风速为14．8m／s，超过了人体安全风速值（14m／s），建议列车运行期间，不进行隧道作业。

列车交会压力波对高速磁浮列车横向动态响应的影响分析

以上海磁浮列车为研究对象,将车体、夹层、摇臂、摆杆以及悬浮架作为弹性体,磁系、二系悬挂、磁铁连接装置和其它弹性辅助元件作为弹簧—阻尼单元,建立了整车动力学计算模型。对列车交会瞬态压力冲击作用下的高速磁浮列车进行横向动态响应研究。研究结果表明,在磁浮列车高速运行时产生的交会压力波作用下,车体产生了较大的横向振动,经过二系悬挂的缓冲作用后悬浮架的振动明显减小。

不同磁浮列车外形的气动性能比较

上海磁浮列车由于流线型车头较短,气动性能并不理想,根据国内厂家给定的列车横断面尺寸和对气动性能的要求,对国产磁浮列车气动外形进行多方案设计,通过求解三维可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,对提出的磁浮列车各种外形方案的气动性能进行数值模拟计算,并根据计算结果进一步改进气动外形,如此反复,直至得出气动性能和外观最优的磁浮列车外形。在最终选定的三种设计方案中,方案3由于水平投影轮廓线较窄、最大纵剖面轮廓线曲率较小,其整车空气阻力和列车交会压力波都较其它两种方案要小,因此为最佳的气动外形方案。通过比较分析,此次选用的国产磁浮列车外形,列车以430km/h运行时三节车总的空气阻力为33.84kN,而上海磁浮列车为54.07kN;国产磁浮列车最大列车交会压力波幅值为2913Pa,而在同等条件下上海磁浮列车为3827Pa,其气动性能明显优于上海磁浮列车。

缓冲结构对隧道口微气压波的影响

为有效缓解微气压波对隧道周围环境的影响,设置合理的缓冲结构,采用数值模拟计算和动模型模拟实验相结合的方法,对列车通过隧道引发的压力变化、微气压波和不同形式的缓冲结构进行研究。研究结果表明:对任一类型缓冲结构,其结构长度和入口断面积之间均存在固定的最佳匹配关系,即对断面扩大无开口型缓冲结构,当缓冲结构长度分别为1.0D,2.0D和3.0D(D为隧道等效直径)时,对应的最佳入口断面积分别为1.8S,1.9S和1.8S(S为隧道断面面积),微气压波幅值分别减小46.7%,55.3%和52.8%;对线性喇叭型缓冲结构,当缓冲结构长度分别为1.5D,2.0D和3.0D时,对应的最佳入口断面积分别为2.5S,2.4S和2.7S,微气压波幅值分别减小59.4%,64.2%和71.6%。

不同外形列车过隧道实车试验的比较分析

随着列车运行速度的提高,隧道空气动力学问题越来越突出。2005年5月在遂渝线进行了高速列车过隧道试验,对列车和隧道内空气压力变化、隧道内列车风和隧道口微气压波等参数进行了测试。结果表明:隧道内列车风风速与列车运行速度成线性关系,并且与车头和车尾的外形、列车长度、隧道截面面积及其长度等因素有很大关系;隧道壁面压力近似与列车运行速度的平方成正比;同等速度条件下,钝头型的25T提速客车引起的隧道壁面压力变化幅值比流线型动车组的大38.6%;由于双层集装箱列车较高且集装箱间的间距较大,致使同等速度下引起的隧道壁面压力变化最大;隧道入口的压力变化明显大于隧道出口的压力变化,在隧道口附近,三维效应非常明显,且每种车型均不同。因此,将列车和隧道耦合起来设计出合理的隧道和列车截面形状,是减小隧道空气动力学效应的有效途径。

磁浮列车明线交会横向振动分析

为了研究气动力对磁浮列车运行稳定性的影响,以上海磁浮列车为研究对象,采用动网格技术,通过求解三维可压缩非定常N S方程对磁悬浮列车在相对速度860 km/h交会时的气动力进行数值模拟;同时将车体、悬浮架作为弹性体,悬挂系统作为弹簧阻尼单元,建立了详细的系统动力学模型,对考虑列车交会瞬态压力冲击作用下的高速磁浮列车进行了横向振动分析。计算结果表明,流场数值计算出的最大压力波幅值与实车试验结果两者差距小于6%;仅考虑轨道不平顺时,磁浮列车的横向振动较小,而在考虑磁浮列车高速运行时产生的交会压力波的情况下,车体却产生了较大的横向振动,底架最大横向加速度达1 5 m/s2,经过二系悬挂的缓冲作用后振动明显减小,悬浮架最大横向振动加速度约为0 7 m/s2。

“长白山”高速列车与货车交会试验研究

研究确定我国铁路200 km时速动车组与120 km时速货物列车在区间正线(4.4 m线间距)交会时的安全性,为铁路第6次大提速的技术改造和安全运行提供有力的科学依据,在京秦线的丰润至玉田路段进行了“京秦线提速200 km.h-1列车交会综合试验”。利用稳态和瞬态压力测试系统,对货车正常运行时(非交会)蓬布的稳态压力和列车交会时的空气压力波进行测试,并对测量结果进行综合分析。研究结果表明:货车以120km时速运行时,整块篷布和半块篷布受到的稳态气动升力分别为896 N和541 N;在线间距为4.4 m、货车以120 km时速与“长白山号”动车组200 km时速交会时,蓬布受到的最大交会压力波幅值为723 Pa,其最大应力值半块篷布略大于整块篷布,均小于其许用应力值;集装箱受到的气动倾覆力矩为8.5 kN.m,远小于其临界倾覆力矩。因此,200 km时速的动车组与120 km时速的货车在4.4 m线间距情况下交会时,只要蓬布拴结方式正确和在蓬布没有被破坏的情况下是安全的。

列车交会篷布气动力分析

为解决目前一车苫盖2张货车篷布(简称X型篷布)存在的严重兜风现象与货物湿损问题,并检验新型篷布(简称D型篷布)的使用效果,基于不同装载与加固方案,通过实车试验,针对D型篷布与X型篷布在有绳网和无绳网12种情况下,测试了列车交会压力波和货车蓬布绳索拉力。测试结果表明:当80～120km·h-1速度下的货车与200～210km·h-1速度下的动车组交会时,动车组上感受的最大压力波幅值仅为577Pa,货车感受到的最大压力波幅值为715Pa;绳索最大值为1055N,出现在无网X型篷布的角绳上,满足相关规定要求;没有苫盖篷布绳网时,2种篷布兜风现象均较严重,同等速度下无绳网X型篷布逆向压缝篷布绳索拉力比顺向压缝的大40%左右;篷布绳网在降低篷布绳索气动力中发挥了重要作用,大部分工况下无绳网篷布绳索受到的气动力比有网的大50%～80%。可见,在相同工况下,D型篷布比X型篷布使用性能优良。

基于ANSYS的耐冲击性客车车体模态分析

介绍了基于ANSYS软件的模态分析方法 ,并对耐冲击性客车进行了详细地模态分析 ,确定了相对合理的结构 。

《动车组技术》开放式课堂建设探讨

《动车组技术》是交通运输工程专业的一门重要专业课程,本文结合该课程的开放式精品课堂建设特点,通过科学的教学设计和综合性的考核方式,充分调动学生学习的积极性和主动性,以达到良好的教学效果。

对高校素质教育的思考

"素质教育"最初是针对中小学存在的"偏离了受教育者和社会发展的根本需要、单纯为应付考试、争取高分数、片面追求升学率"等倾向而提出来的,但高等教育中"偏重知识传授,忽视能力和心理素质培养,影响学生全面素质提高"的现象同样不同程度地存在。文中从素质教育的本质入手,通过分析教师和学生两个方面因素来探讨如何进行高校素质教育。

列车交会压力波与运行速度的关系

随着列车速度的提高,列车交会时产生的瞬态压力冲击对行车安全、旅客舒适性均产生严重影响。根据多次实车试验结果和理论分析,将列车交会分为列车静止交会、等速交会和不等速交会3种工况,研究了3种工况的列车交会压力波与运行速度之间的关系,得到一系列回归关系式。研究结果表明:静止列车上的压力波与交会列车运行速度的平方成正比;两列车等速交会时,列车上的压力波幅值与两交会列车的运行速度和相对速度的平方成正比;两列车不等速交会时,高速列车承受的压力波幅值小于与之交会的低速列车所承受的压力波幅值;两列车等速交会时的压力波大于一方列车静止时交会的压力波。

兰新线强横风对车辆倾覆稳定性的影响

兰新线百里风区内经常发生车辆脱轨、倾覆等事故,本文根据动力学力矩平衡原理研究了列车最高安全运行速度与环境风风速之间的关系,并分析了各种因素对车辆运行稳定性的影响,对于预防事故,确保季风区行车安全具有重要的意义。计算结果表明:空车比重车的临界倾覆风速低,货车的临界倾覆风速比客车低,空棚车的临界倾覆风速最低。

兰州-新疆线强侧风作用下车辆的气动特性

对试验列车上、下行通过“猛进东”测风点时的车体表面压力分布情况进行分析,采用分块积分法得出试验列车上、下行通过“猛进东”测风点的气动力。利用流场计算软件FLUENT对列车在大风作用下通过“猛进东”时的情况进行数值模拟计算,并与实车试验结果进行对比分析。结果表明:车体迎风面及背风面表面压力分布规律基本一致,验证了数值模拟计算模型的准确性;车辆受到的气动力中除升力的实验值与模拟结果相差较大外,主要导致车辆倾覆的横向力和倾覆力矩的实验值与模拟结果相差较小,满足工程应用要求。

高速铁路隧道壁面气动压力实车试验分析

采用实车试验方法对高速动车组穿越双线隧道引发的隧道壁面气动压力进行测试,分析不同位置测点在列车通过阶段和列车驶出阶段的压力峰值.研究结果表明:不同测点压力最大峰峰值(正峰值-负峰值)可能发生在列车通过阶段,也可能发生在列车驶出隧道后的压力衰减阶段;压力峰峰值在洞口附近较小,在隧道中部较大.在列车通过隧道阶段,壁面测点压力峰峰值随着车速的增加而迅速增大.列车驶出隧道后,压力峰峰值开始周期性衰减,衰减周期为2倍的声速在隧道内传播时间;在同一周期内,隧道入口处测点压力衰减率较大,出口次之,隧道中部最小;斜切洞门缓冲结构顶部开口对降低第一个周期压力峰峰值的效果不明显,但可以明显降低多个周期后的压力峰峰值.

强侧风作用下客车车体气动外形优化

采用三维、不可压N-S方程和k-ε双方程湍流模型,利用有限体积法分别对不同截面形状车体在不同风速、不同风向角以及不同车速工况下的气动性能进行模拟。研究结果表明:在不同横风风速下,车体气动力均随着横风风速的增大而增大,而气动力系数基本保持不变;在不同风向角下,车体气动力随着风向角的增加而增大;当风向角增加到75°时,气动力增长率变小,气动力系数也是随风向角的增加而增大;在不同车速下,车体的气动力随车速的增大变化不大,但气动力系数随车速的增大反而减小。