时速400 km高速列车通过隧道诱发车体横向振动的气动机制研究

为研究列车以更高速度通过双线隧道时,由于列车和隧道形成的几何空间为非对称空间,列车两侧空气非对称流动,隧道内复杂的压力环境作用至车体两侧和列车尾涡引起的车厢两侧压力变化、列车车体表面压力波动与气动力相互关系和车体振动频谱特征,采用三维非定常可压缩流动N-S方程和IDDES湍流模型,建立时速400 km高速列车1∶1的8节编组空气动力学仿真模型,使用重叠网格技术模拟列车与隧道之间的相对运动方法。研究结果表明:1)隧道内行驶的列车在隧道压力波作用下会使车厢两侧出现压差和侧向力幅值的大范围变化,且变化程度由头车向尾车逐渐增大;2)列车在隧道内运行时的尾流区存在1对反向涡旋;3)尾车明线段涡脱落主频率为2.002 Hz,隧道内运行时,涡脱落频率为3.003 Hz;4)列车在明线或隧道内运行,车体气动侧向力和摇头力矩引起的车体振动频率为2.002 Hz。

内置开孔隔墙高速铁路隧道列车车体压力波动特征

为研究内置开孔隔墙隧道内列车车体压力波动特征,基于有限体积方法的流体力学计算软件建立了非定常可压缩三维流动模型,对内置开孔隔墙高速铁路隧道内列车车体压力进行了计算分析。结果表明:隧道内置开孔隔墙后:①车体压力波形基本与无隔墙时一致,但波动程度加剧且出现有规律的周期振荡;②隔墙开孔间距和开孔面积对车体压力波的影响明显;③车体压力波幅值与车速成正相关关系,但其振荡周期与车速成反比;④相对于单车,列车对向运行时车体压力波明显增大,但两者的差值随着开孔间距的增大、开孔面积的减小和隧道长度的增加而减小。

海拔对铁路隧道内瞬变压力及车厢内乘坐舒适性的影响

利用计算流体力学软件FLUENT,基于三维可压缩、黏性、非定常流场数值模拟方法,建立隧道-空气-列车三维数值仿真模型。针对高海拔地区隧道空气动力学效应,研究列车以300 km/h的速度运行通过不同海拔隧道时产生的隧道内瞬变压力及车体表面瞬变压力的变化特征,分析大气压和温度等因素对瞬变压力的影响规律,得到海拔高度与瞬变压力之间的拟合关系。在此基础上根据车内外瞬变压力计算公式,进一步研究不同海拔下车内外瞬变压力的变化规律,分析高速列车密封性能对高海拔地区乘客舒适性的影响,提出不同海拔下的列车密封性指数。研究结果表明:1)数值计算结果与现场实车试验结果峰值的最大误差为13%,说明数值模拟方法可靠;2)压力波在不同海拔下的传播特性不变,瞬变压力的时程曲线变化趋势一致,海拔仅改变瞬变压力峰值;3)隧道内瞬变压力和车体表面瞬变压力与海拔之间存在较大的关联性,瞬变压力峰值随着海拔的升高呈现出线性降低的趋势;4)不同海拔对列车密封性指数有不同的要求,0海拔地区要求车体密封性指数不得小于9 s,当海拔超过3 000 m时,列车的密封性指数应不得低于5 s。