高速列车通过隧道群压力波计算方法初探

根据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,建立了高速列车通过隧道间隔距离小于列车长度的隧道群过程中引起压力波动的计算方法和计算程序,并初步进行了参数研究,为今后对该类问题的研究提供了参考依据.

高速综合检测列车头车气密性评估

以高速综合检测列车头车为研究对象,根据车体上不同类型的开孔型式所采取的不同密封方式,研制了1台可以对不同密封开孔进行试验的设备,并根据试验数据以及气密性评估方法对高速综合检测列车车体密封进行了评估。车体气密性评估表明:通过测试压力变化可得到不同开孔部位和整车的允许泄漏面积;高速综合检测列车头车的气密性符合相关标准要求。

地铁车空调风道挡板对车厢内温度均匀性的影响

以某地铁中车为研究对象,采用标准的κ-ε湍流模型对空调风道及车厢内部三维空间区域定员230人工况下的空气流动和传热状况进行了数值分析,并对空调通风设计方案做量化评估,计算中综合考虑了车体壁面传热、人体散热等多种传热过程.由计算结果可知,风道第8个出风口有空气逆流现象且车厢内部温度分布不均匀.针对上述缺点,对第8个出风口周围挡板相对位置及数量进行调整.新方案消除了风道出风口逆流现象,车厢内人体舒适区的温度分布均匀性得到改善,温差由原方案的4℃降为2.5℃.

动车组空调系统对车内压力影响试验研究

通过对CRH3型动车组进行隧道空气动力学实车线路试验,得到空调系统新风风门开闭状态下车内压力变化规律。试验结果表明:该列车车内压力变化满足我国乘客气压舒适性评价指标要求。

基于人机工程学的高速动车组新头型优化设计

在高速列车头型设计工作中,综合考虑速度能力及司机室人机工效等设计要素,基于司机室驾驶空间与作业安全、人机工程学标准等设计原则,确定了新头型头部设计约束条件,进而采用三维变量化技术建立了高速动车组头型的参数化模型,所研究的头型设计方法有助于提升实现高速动车组设计能力.

高速动车组气动外形多学科优化设计

基于流固耦合技术及阻力、升力、运行安全性与平稳性、气动噪声等多个性能指标驱动的多学科优化设计方法,兼顾各系统结构与功能,通过仿真分析和风洞试验等手段,系统研究了CRH3动车组气动外形与空气动力学、动力学、噪声等性能的耦合关系,对车辆间连接结构、转向架区域、车顶设备导流区域等部位进行了优化,提出了CRH380BL动车组的最佳气动外形方案,实现了预期设计目标.在线试验结果表明,CRH380BL动车组比CRH3动车组实测单位阻力降低7%,同时动车组运行稳定性提高、气动噪声有效降低,满足了持续运营速度350 km/h、最高运行速度380 km/h的技术要求.

高速动车组车内流场数值分析

运用FLUENT软件对高速动车组整车三维流场进行了数值模拟,计算中综合考虑了车体壁面传热、人体散热、太阳辐射等多种传热过程.通过计算获得了车内速度场、温度场分布,得出客室内风速满足UIC553的相关规定,同时针对流场中温度分布不均匀,对影响流场分布的相应结构进行了优化分析,提高了温度分布的均匀性.这些计算结果可用于指导高速动车组空调系统及车内气流组织的优化设计.

格栅对高速列车设备舱散热性能的影响

为研究在裙板不同位置增加格栅对高速列车设备舱散热的影响,建立3种不同设备舱的高速列车空气动力学模型,分别包括原始设备舱、裙板中间增加格栅的设备舱和裙板两端增加格栅的设备舱.基于三维不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,利用FLUENT对250 km/h高速列车设备舱的温度场和流场进行模拟.对列车上行和下行时设备舱的流场与温度场进行分析,比较在不同位置增加格栅时设备舱内温度的变化.结果表明:在裙板不同位置增加格栅对设备舱内的温度场影响较大,在裙板中间增加格栅对头车和中间车设备舱的散热不利,建议在裙板两端增加格栅以更有利于设备舱散热.

不同风挡方案对强横风下货运高速列车气动性能的影响

采用三维数值方法,模拟强横风下货运高速列车周围流场,探索4种风挡方案对货运高速列车气动性能的影响。研究结果表明:风挡局部变化对整列货运列车周围流速、压力以及车体表面压力影响主要体现在风挡区域;全包围风挡区域流速、压力及表面压力分布较均匀,并能在横风下使得整列车具有更小的气动阻力以及侧向力;顶端开口、以及上下两端开口后,风挡区域流场变化明显,且明显使整列车气动阻力、侧向力增大;底端开口对流场以及气动力影响较小。若需要在风挡处开口以方便检修,建议将开口设在风挡底部。

横风下路堤高度对高速列车气动特性影响

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。

不同编组位置车辆动态密封指数试验研究

随着运行速度的提升,高速动车组受到的外部激扰愈发剧烈。尤其是动车组通过隧道和在隧道内交会时,车厢外部产生剧烈的瞬变压力,传入车厢内部会引起内部压力的明显变化,从而导致司乘人员产生耳闷、耳鸣、耳痛甚至耳膜破裂等耳感不适和医学安全健康问题。为减缓或消除耳感不适等问题,需研究高速列车运行过程中的气密性能对车内气压波动和乘客乘坐舒适度的影响关系。采用线路实车试验测试方法,测试动车组通过不同长度隧道时不同车厢内外压力的变化情况。同时基于车厢内外压力传递差分模型和动态时间规整算法,确定动车组通过不同隧道时不同车厢的动态密封指数。在此基础上进一步探究高速列车不同车厢编组位置对车厢动态密封指数的影响规律。研究结果表明:列车车厢的动态密封指数不仅随着隧道长度的变化表现出明显差异,而且还与列车车厢编组位置分布密切相关,表现为车厢动态密封指数从运行方向的头车向尾车呈现逐渐增加的趋势,并在尾车或者尾车附近动态密封指数达到最大值。采用的动态密封指数计算方法和研究数据为后续其他因素的研究和提高列车气密性方案设计具有一定的参考意义。

CRH380BL高速动车组气动外形优化设计

降低列车运行阻力是实现高速列车速度能力提升、节能环保的有效手段。通过仿真分析和风洞试验等手段,研究了CRH3动车组气动外形与空气阻力的关系,并对车辆间连接结构、转向架区域、车顶设备导流区域等部位进行了优化,提出了CRH380BL动车组的最佳气动外形方案。

高速列车设备舱通风散热数值模拟

为研究格栅通风口位置和类型对设备舱通风散热性能的影响,建立包含车底设备舱和转向架等结构的高速列车空气动力学模型.基于三维非定常不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,用FLUENT进行速度为350 km/h的高速列车设备舱通风散热数值模拟.结果表明,合理设置通风口位置能够有效提升设备舱通风散热性能;采用竖向格栅通风口设备舱的通风散热性能优于采用横向格栅通风口的设备舱;设备舱内发热量较大设备应置于一位端靠近出风口处,其他设备应置于设备舱二位端靠近进风口处.

线间距对高速列车隧道内交会压力波影响的数值模拟研究

基于三维、非定常、可压缩流动的雷诺平均N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用重叠网格技术,研究在250 km/h、350 km/h、400 km/h等速交会下线间距(4.6 m、4.8 m以及5.0 m)对隧道内交会压力波的影响。鉴于交会压力波的危害,从车体压力最值、车体两侧压差、"头尾波"现象三方面来进行阐述。研究结果表明:车体两侧压差时间历程曲线形状和明线交会压力波时间历程曲线形状相似,在通过列车的车头和车尾经过监控点时,压差值分别产生先正后负和先负后正的脉冲波,车尾通过时产生的压差明显比车头经过时低;"头波"幅值大约为"尾波"幅值的两倍;车厢交会侧监控点的最大正压值、最大负压值、最大压力峰峰值、车体两侧压差幅值和"头尾波"幅值均与线间距成负指数关系。

参数化驱动的高速列车头型气动外形优化设计

通过建立参数化驱动的高速列车头型气动性能自动计算的优化分析流程,运用基于多目标遗传算法NSGA-Ⅱ的整体多目标优化设计方法,对车头长细比、纵向对称线、水平最大轮廓线、车底水平轮廓线、辅助剖面线、车头鼻尖高度等关键控制变量进行与气动特性相关的优化设计,提出综合性能较佳的头型气动外形。本文所提出的多目标优化设计方法可为不同风格、不同技术需求的动车组头型及气动外形设计工作提供参考。

动静态气密性分析方法及其在动车组上的应用

随着运行速度的提升,高速动车组受到的外部激扰愈发剧烈.尤其是动车组通过隧道和在隧道内交会时,车体外表面产生的剧烈瞬变压力传入车厢内,会引起司乘人员耳感不适等问题.为研究动车组运行过程中的气密性能对车内气压波动和乘客乘坐舒适度的影响关系,本文采用动静态测试结合的分析方法,结合时间常数模型和当量泄漏面积模型,通过在不同车辆内外部布置气压波动监测传感器,对四级修前后的高速动车组进行了线路运行气动载荷测试;针对不同部位具体结构特征开发了不同型式的气体泄漏量测试工装,并对不同车辆的静态气密性进行了测试研究.搭建了动静态气密性能分析模型并获得了动静态气密指数,总结了隧道条件、运行速度等因素对车内压力波动和动态气密性能的影响规律,同时针对典型气密部件的泄漏量和泄漏面积进行了分析,对气密敏感部件进行了影响度排序并提出了优化方案.本文提出的方法和相关研究数据对于关键部件的设计方案和修程修制优化具有一定的参考意义.