受电弓气动抬升力计算方法与分析

基于三维定常不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,采用有限体积法,对高速受电弓的气动力进行数值模拟,并且建立受电弓气动抬升力计算模型,推导受电弓气动抬升力的计算方法,采用该方法计算高速受电弓在不同速度等级下开口和闭口运行时的气动抬升力。结果表明:仿真结果与试验结果基本一致,受电弓各部件的气动力转换成气动抬升力存在不同的传递系数且与升弓角有关;传递系数表征了气动力对受电弓气动抬升力的贡献量,弓头升力对气动抬升力的贡献量最大,其次是上框架和下臂杆升力。

结构位移对受电弓气动抬升力的影响分析

为了研究受电弓结构位移对其气动特性的影响,利用流体分析软件Fluent,基于三维定常不可压缩流和标准k-ε两方程湍流模型,对运行速度300 km/h下受电弓所处的有限个结构位移状态下各部件的气动力进行数值模拟。建立受电弓气动抬升力的简化计算模型,推导气动力转化为气动抬升力的传递系数。结果表明:受电弓气动抬升力的传递系数与其工作高度有关;在受电弓从初始工作高度1.5 m抬升至1.6 m的过程中,整弓气动抬升力值随升弓高度的增大而减小。

抬升力作用下接触网定位器动应力的有限元分析

运用有限元分析软件ANSYS对受电弓在抬升力作用下接触网定位器动应力进行了较为详尽的分析,同时对定位器在移动的抬升力和静力作用下的应力进行了比较,并对接触线的拉出值等因素对定位器的影响作了一些分析。由分析结果知,抬升力对定位器动应力的影响是显著的,特别是抬升力作用于定位器时,应力有一较大峰值;接触线拉出值对定位器的静应力也产生了比较大的影响。

受电弓-接触网系统的总平均抬升力研究

总平均抬升力指弓头不与接触网接触时所测得的垂向力,该力的大小等于静态力与在给定的弓头高度与速度下由空气产生的气动力之和。在列车的实际运行中,受电弓与接触网间的垂向相互作用力的大小与总平均抬升力基本一致;因此,对总平均抬升力的研究能反应弓网间的实际服役状态,为受电弓服役中抬升力的选择作参考。文章基于多体系统动力学的方法,建立了受电弓质量块模型与弹性体接触网的耦合动力学模型,分析了仿真速度、总平均抬升力对弓网系统动态接触压力的影响,并给出了比较理想的总平均抬升力数值。结果表明:弓网间的动态接触压力并不会随着仿真速度的变大而呈现出严格的恶化趋势;相同速度下,随着总平均抬升力的变大,仿真所得接触力的最大值、最小值、标准差呈现变大的趋势;通过对仿真数据的分析,得出总平均抬升力取值120 N比较合理。

350 km/h及以上高速受电弓气动抬升力研究

以350 km/h及以上速度级的高速受电弓为研究目标,为400 km/h高速动车组受电弓气动抬升力仿真提供精准计算方法。通过计算流体力学软件ANSYS FLUENT对高速受电弓进行仿真建模,分别基于可压缩和不可压缩Navier-Stokes方程和SST k-ω湍流模型,对350,380和420 km/h 3个速度级的高速受电弓气动抬升力进行仿真计算,发现相比使用可压缩流方法,3个速度级下使用不可压缩流计算得到的气动抬升力在开口方向和闭口方向运行时分别提升了8.2%,9.6%,11.8%和8.9%,10.6%,13.0%。为验证仿真结果,对京沪先导段线路进行高速弓网受流性能综合测试。研究结果表明:使用可压缩流进行仿真的准确性更高,3个速度级下的偏差在开口方向和闭口方向上分别为3.3%,3.1%,2.7%和3.1%,2.5%,1.7%。相较之下,使用不可压缩流的偏差在开口方向和闭口方向运行时分别为5.3%,7.3%,10.2%和6.5%,9.0%,13.0%。在特殊工况和狭窄环境中,采用可压缩流方法,420 km/h开口方向运行时,气动抬升力基于温度的提升为7.7%(0℃)和18.2%(−25℃),基于壁面横截面积的提升分别为19.0%(60 m^(2)),16.7%(70 m^(2)),14.5%(80 m^(2))和13.3%(90 m^(2))。因此,对400 km/h速度级及以上的高速动车组,建议采用可压缩流进行仿真以获得更精确的预测结果。对于现有350 km/h速度级的高速动车组,需考虑特殊工况和狭窄环境下气动抬升力的升高,通过合理优化措施提高列车运行的安全性和稳定性。

侧风作用下既有线受电弓抬升力增加机理及抑制方法的数值解析

利用大涡模拟(LES)对既有线受电弓在侧风作用下的气动力学特性进行了数值研究尽管先前的试验研究表明,侧风作用下受电弓抬升力显著增加,但有关该现象的机理尚未阐明。因此,利用LES对受电弓弓头周围的流场进行了仔细研究。结果发现主要有两种机理:一种是受电弓弓头表面产生大范围稳态旋涡;另一种是受电弓弓头下表面的压力增加。此外,对更改形状的受电弓弓头也进行了大涡模拟,研究在考虑上述机理的情况下降低受电弓弓头抬升力的方法。结果表明:抬升力最大可降低60%,所提出的抬升力降低方法有效。

基于侧风抬升力特性的既有线弓网脱离预防措施

侧风造成的弓网脱离会导致运输中断。由侧风引起的受电弓抬升力增加是导致弓网脱离的因素之一,但该现象的发生机理尚不明确。因此,重点研究了侧风引起的受电弓抬升力增加,并分析了弓网脱离与抬升力增加之间的因果关系。通过试验验证了受电弓在侧风作用下抬升力的增加量。此外,使用数值模拟来确定抬升力增加的流体动力学原因,并提出了防止抬升力增加的对策。

上下臂杆直径对高速受电弓气动抬升力的影响

建立了7种不同直径上臂杆和7种不同直径下臂杆的受电弓模型,对受电弓进行空气动力学数值模拟计算,采用多体动力学方法计算了受电弓的气动抬升力,从气动力及流场特性的角度研究了受电弓上下臂杆直径对受电弓气动性能、气动抬升力的影响规律。研究结果表明:开口运行工况上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增加而增大,随着下臂杆直径增大而减小,但下臂杆直径对受电弓气动抬升力的影响较小;闭口运行工况上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增大而减小,随着下臂杆直径增加而增大;开闭口运行工况上臂杆主体杆件气动阻力仅为上臂杆气动阻力的3%~10%,气动升力为上臂杆气动升力的26%~55%,下臂杆主体杆件气动阻力为下臂杆气动阻力的10%~25%,气动升力为下臂杆气动升力的43%~68%,直径的改变对上下臂杆气动升力的影响较大,对气动阻力的影响较小;闭口运行工况上下臂杆气动阻力的绝对值都大于开口运行工况。

高速受电弓气动抬升力仿真研究

针对新研制高速受电弓的空气动力学特性,借助于数值仿真手段对不同运行速度下的受电弓气动抬升力进行了分析。通过建立安装在列车顶部的高速受电弓气动模型,并采用CFD++软件进行空气动力学计算,对该型受电弓的整体及各部件气动特性进行了研究。此外,对高速受电弓的气动抬升力进行计算,并通过数据回归得到气动抬升力与运行速度的关系式。数值仿真结果显示,随着速度的提高,高速受电弓的气动抬升力也显著提升,在开口和闭口运行情况下,都符合EN 50367标准,表明了该受电弓具有优良的气动性能。

海上高温高压气井井口抬升预测方法研究

在深水高温高压气井开发过程中,由于深水井水下井口及水泥返高设计的特殊性,使得深水井井口由于井筒温度升高导致的井口抬升存在更大的风险。因此,针对深水高温高压气井面临的井口抬升风险,在考虑井筒温度变化、环空压力及自由段管柱长度影响基础上,考虑固封段管柱胶结情况,建立了海上深水高温高压气井井口抬升预测方法,并进行了实例计算。研究结果表明,产量、环空压力对井口抬升高度的影响较大,随着产量和环空压力的增加,井口抬升高度随之增大,同时当水泥环胶结受抬升力影响发生破坏后,井口抬升高度增加。

基于升弓高度的受电弓气动抬升系数计算方法与分析

为研究不同运行方向、工作高度下高速受电弓的空气动能性能,推导受电弓各臂杆间夹角相对升弓高度的数学计算模型,计算不同升弓高度下高速受电弓气动抬升力和气动抬升系数;采用Fluent计算流体力学软件对高速受电弓不同运行速度、开/闭口运行方向和工作高度下气动抬升力、气动抬升系数进行仿真建模与数值求解;利用现场线路试验数据验证仿真结果和理论分析结论。结果表明:受电弓开口方向运行时,其工作高度与气动抬升系数、气动抬升力呈正相关,闭口方向运行时成负相关关系。一般情况下,开口方向运行的高速受电弓空气动力性能优于闭口方向。

轴重30 t铁路电力机车受电弓服役性能试验研究

轴重30 t铁路电力机车受电弓传动系统稳定性,会对弓网动态接触力波动范围有直接影响,从而影响弓网配合方面的性能。设计轴重30 t铁路电力机车受电弓服役性能试验,跟踪测量不同速度级运营的电力机车受电弓静态抬升力,利用一元方差分析法,研究在不同服役里程测量结果的差异和不同速度运行条件下测量结果的差异,最后分析了测量结果的发展趋势。

基于有限元分析的接触网张力分析研究

用有限元仿真ANSYS软件建立了简单链型悬挂的动态计算模型,然后对其对其在不同张力及抬升力作用下进行了仿真,得到一跨内不同节点的受力图像,以及一跨内接触线受力曲线图。从动态计算的角度分析了接触网弹性受张力变化的影响,优化了接触网的设计方案。

铲板和后支撑的油缸支撑力研究与设计

通过对掘进机整机进行受力分析计算,利用理论力学原理,从理论上得出铲板油缸和后支撑油缸安装铰点位置,并得出铲板油缸和后支撑油缸抬起掘进机整机时所需最大抬升力的计算方法。

针对高速列车受电弓气动特性仿真的不同湍流模型适用性研究

为探究高速受电弓气动特性仿真时不同湍流模型在不同运行环境中的适用性,基于k-ε,SST k-ω和Spalart-Allmaras 3个湍流模型的理论基础和计算流体力学仿真方法,通过线路试验对仿真结果进行验证后,对比不同模型在开阔环境和隧道环境中的精确度和计算效率。结果表明:在300 km·h^(-1)速度下,SST k-ω与k-ε模型在开阔环境中的闭口和开口方向气动抬升力计算结果差异分别为0.7%和1.5%,与Spalart-Allmaras模型计算结果差异分别为7.1%和5.5%;SST k-ω和k-ε模型在边界层预测均匀,Spalart-Allmaras模型在边界层分离区的预测准确性较低,但在隧道环境中它的精确度高于k-ε模型;在计算效率方面,Spalart-Allmaras模型的迭代次数和收敛速度优于SST k-ω模型;在适用性方面,开阔环境中k-ε模型的精确度和计算效率表现优异,更为适用,而在隧道环境中Spalart-Allmaras模型具有较高的精确度和计算效率,更为适用,但在对精确度要求高且可忽略计算效率因素的情况下SST k-ω模型具有较好适用性和高精确度,更为适用。

活塞风对接触线气动性能的影响研究

借助流体动力学分析软件Star-CD,利用动网格技术,建立了不同车速下钝形和流线型列车通过隧道时的二维模型。分析了活塞风特性及其对接触网系统中接触线气动性能的影响情况。研究表明:在6 m高的接触线处,钝形列车形成的活塞风vy的最大值约为流线型的2倍,接触线受到向上的最大抬升力约为流线型的4倍;在其他条件相同时,列车速度每增加10 m/s,接触线受到向上的最大抬升力增加约1倍。

应县木塔修缮工程中柱的夹具设计研究

在夹具的设计中 ,为了精确控制夹具螺栓张力 ,试验测定了螺栓扭矩与张力的关系 ,考虑到现场施工的复杂性及木柱表面摩擦系数的离散性 ,对夹具不同的 4种工况进行了抬升力试验。结果表明 ,采用三瓣组成、每侧 3根 2 4mm螺栓的圆筒套夹具 ,施工方便、安全可靠 ,能够在不破坏古木柱表面的前提下 。

受电弓气动特性随列车时速及工作高度变化规律的数值分析

基于三维定常不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,采用有限体积法,对1 600和2 800 mm升弓高度下受电弓不同时速的气动力进行数值模拟,得到受电弓在开口运行时的气动抬升力.计算结果表明:受电弓在工作高度2 800 mm时仿真结果与风洞试验结果较为一致,误差保持在10%以内.受电弓由工作高度2800降低至1 600 mm,受电弓各部件气动升、阻力基本都随着工作高度减小而绝对值减小,降幅基本保持在20 N以内.整弓的气动抬升力随着工作高度的减小而减小,降幅基本保持在60%以内.同一高度下整弓的气动抬升力都随着速度的增加而逐渐增大,工作高度2 800 mm时速度每增加40 km/h,气动抬升力增加约30 N;工作高度1 600 mm时速度每增加40 km/h,气动抬升力增加保持在10 N以内.

高速列车进出隧道口受电弓气动载荷研究

基于三维非定常可压缩N-S方程和RNG k-ε两方程湍流模型,对顺弓、逆弓运行状态,隧道有效净空面积,隧道长度等因素影响下,高速列车进出隧道口受电弓气动载荷进行数值模拟研究。研究结果表明:数值计算得到的车体表面测点压力曲线变化规律与动模型试验结果完全一致,幅值相差在3%以内;列车进出隧道口时,受电弓弓头受交变载荷的作用,气动抬升力曲线将分别出现正负向脉冲波形;受电弓顺弓、逆弓运行时弓头气动抬升力差异明显,顺弓运行时正向峰值相对较大,而负向峰值明显更小;隧道有效净空面积减小时,弓头气动抬升力波动幅度明显增大;隧道长度的变化对列车进入隧道时弓头气动抬升力基本无影响,但对列车驶出隧道时气动抬升力变化特征影响显著。

高速接触网-受电弓系统动态受流特性的仿真研究

本文对高速运行接触网-受电弓系统动态受流特性进行了仿真研究,建立了以连续质点表示的接触悬挂的物理模型和相应的数学模型,应用计算机仿真方法,仿真在不同运行速度下弓线间接触压力、受电弓运行轨迹等动态特性,并得出相应结论,同时提出改善高速受流性能的方法及途径。