线间距对600 km/h高速磁浮列车明线交会气动性能的影响

为探明不同线间距下600 km/h高速磁浮列车明线交会时的气动特性,基于三维、非定常、可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用重叠网格技术,分析列车明线交会时的车身周围流场结构、列车交会压力波和列车侧向力,通过动模型试验来验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明:在不同线间距下,列车交会时的车身周围流场分布特征相似,随线间距增大,列车尾涡展向角逐渐增大,两交会侧车身之间流场的速度和压力不断减小;不同线间距下的列车压力波变化规律一致,压力波幅值与列车运行速度的二次方近似呈正比,当线间距由5.1 m分别增大至5.6 m和6.1 m时,压力波幅值分别减小28.2%和42.4%,且增大线间距对列车压力波正波缓解作用比负波的大,头波的缓解作用比尾波的大;列车交会过程中头车侧向力幅值比尾车和中间车的幅值大,增大线间距对尾车侧向力的缓解作用比头车和中间车的大,当线间距由5.1 m增大至6.1 m时,头车、中间车和尾车的侧向力幅值分别减小33.8%、34.1%和35.7%。

高速列车明线交会压力波特性研究

列车交会压力波是影响列车运行安全性和乘客舒适度的重要因素之一,因此需要对压力波特性进行研究。采用计算流体力学方法求解三维黏性可压缩N-S方程组,对不同时速下国产新型高速列车会车过程进行三维非定常仿真。得出了压力波以及侧向力的变化规律曲线。结果表明最大压力波幅值出现在尾车等截面与变截面过渡处的鼻尖高度位置。会车过程中,车体将承受两次排斥力和一次吸引力,这将对列车的稳定行驶产生一定的影响。列车所受侧向力随会车线间距的增大而减小。

600 km/h高速磁浮列车明线交会横向气动性能

采用三维、非定常、可压缩RANS方程和k-ωSST湍流模型及重叠网格技术的数值仿真方法,对我国600 km/h高速磁浮列车明线交会横向气动性能进行研究。展示了明线交会过程中列车表面的压力变化特性,揭示了列车侧向气动力、偏航力矩和侧滚力矩的变化规律,分析了车体横向摆动和侧滚原因,研究了车速对横向气动性能的影响规律。结果表明:通过列车表面压力分布特性决定了观测列车横向气动性能的变化规律;头车横向气动性能最为恶劣,尾车的次之;交会侧压力对各节车厢的侧向力、偏航力矩和侧滚力矩变化起主导作用。侧向力峰值与车速的平方近似成正比。分析了流线段的压力分布特性,为磁浮列车局部气动优化设计提供参考。

高速列车不等速明线交会时压力波幅值与车速之间的关系研究

高速列车明线交会时会产生较大的侧向力和表面压力波,对列车行车安全和乘客舒适度造成影响。针对高速列车明线交会时车体表面压力波幅值与列车速度之间关系,开展了高速列车等速和不等速明线交会仿真计算研究。采用求解低速流动的压力修正算法求解雷诺平均N-S方程,湍流模型采用可实现k-ε模型,并采用滑移网格方法模拟两车相对运动。研究结果表明:等速明线交会时,压力波幅值大小与行驶速度平方成正比;不等速交会时无量纲压力波幅值C与车速比m之间存在一种特定的关系。其中C为不等速交会慢车压力波幅值和等速交会压力波幅值之比(等速交会车速为不等速交会时快车车速),m为不等速交会时慢车和快车车速比。在车速比m小于0.5时,慢车车速对自身测点压力波幅值影响很小;当车速比m大于0.5时,慢车车速对自身测点压力波幅值影响明显增大。研究结果可为两车交会时车速的调节控制提供参考。

高速列车明线交会时车体振动特性与气动载荷关系研究

会车气动载荷作用下车体垂向振动和横向振动加剧，为了抑制车体振动，需要探究两者之间关系。建立3节编组列车空气动力学模型，采用计算流体力学的数值模拟方法，计算得到会车气动载荷，即气动阻力、气动侧向力、气动升力、侧滚力矩、点头力矩以及摇头力矩。将各方向气动力和气动力矩单独以及共同加载在车体上，进一步分析车体振动特性与气动载荷的关系。研究结果表明：气动载荷作用下，车体垂向振动增大了20％～30％，横向振动增大了3倍多；相比于其他各方向气动力和气动力矩，气动升力和点头力矩是影响车体垂向振动的重要因素，气动侧向力和摇头力矩是影响车体横向振动的重要因素。

明线交会对动车组动力学性能影响的仿真研究

利用列车空气动力学和轮轨动力学相结合的方法研究了动车组明线交会气动力对动力学的影响。首先采用流体软件FLUENT对动车组明线交会所受的气动力进行了研究,得到了不同交会速度下的各车气动力载荷;接着利用建立的动车组多体动力学模型,将气动力载荷作为轮轨动力学研究的载荷输入,研究了明线交会对动力学性能的影响。计算结果表明:明线交会对车体横向加速度较大,对轮轨力、脱轨系数和减载率等动力学性能影响有限。

头部参数对高速列车明线交会气动性能的影响

采用三维、可压N-S方程、k-?双方程湍流模型和滑移网格技术,对不同的流线型长度、头部型线列车明线交会压力波及气动力的关系进行计算分析。研究结果表明:交会压力波头波幅值数值计算结果与实车试验结果较吻合,两者相对误差为4.9%;当列车流线型长度从8 m增大至12 m时,交会压力波、侧向力、侧滚力矩幅值分别减小27.0%,39.2%和36.2%;头部主型线中,水平剖面型线对交会气动性能的影响最大,当水平剖面型线斜率由0.076增大到0.184时,交会压力波、侧向力、侧滚力矩幅值分别增大12.1%,7.3%和8.5%;纵剖面型线对列车交会气动性能的影响较小,当斜率从0.505增大到0.713时,交会压力波、侧向力和侧滚力矩幅值分别增大1.90%,0.65%和0.89%;当横截面型线斜率从0.194增大到0.235时,交会压力波、侧向力和侧滚力矩幅值分别增大4.1%,3.1%和4.0%。

基于重叠网格法的高速列车明线交会分析

研究了高速列车在明线交会时产生的瞬态压力波以及气动作用力将会对列车的运行安全产生不利影响.采用三维、非定常、可压缩流体控制方程和双方程湍流模型的数值方法,基于重叠网格法对时速300km高速列车明线交会的压力波进行研究.研究结果表明:重叠网格法能够解决高速列车明线交会的压力波变化问题,主区域网格与从属区域的动网格数据传输准确;高速列车相距70m,0.42s时列车进入交会,此时出现车头鼻尖处交会压力波"头波",车头鼻尖处所受压力达到最大;0.95s列车车头行驶到通过列车的车尾处,两车纵向重合,出现"尾波".

基于空气动力学的城际铁路线间距研究

基于有限体积法,采用流体动力学计算软件建立不同线间距条件下城际动车组明线交会和隧道内交会的空气动力学模型,运用滑移网格技术数值模拟了动车组交会时的三维非定常可压缩外流场,分析线间距对动车组交会时空气动力学效应的影响。研究结果表明:CRH2型动车组车体表面所受风压最大值、平均值比CRH6A型动车组分别小10.70%,18.60%;动车组以250 km/h及以下速度级交会车体所受风压最大值在线间距4.2,4.0 m情况下较线间距4.4 m情况下分别增加约10%,25%;线间距由4.4 m减少到4.0 m,或隧道断面由72 m2减少到64 m2,动车组隧道内交会时车体表面所受风压最大值和风压变化最大值增加幅度较小;动车组以200 km/h速度在隧道内交会车体表面所受风压最大值比明线交会增加了约30%。

基于动力学性能的更高速度铁路合理线间距研究

列车高速交会引起列车之间气流的剧烈扰动,进而影响车辆行驶安全性和舒适性。合理的铁路线间距在保证列车平稳、安全运行的同时也可以降低工程建设成本。为了确定更高速度级下合理的铁路线间距,本文建立空气动力学模型及车辆动力学模型,研究列车速度、线间距对列车交会时所受的风压以及车辆动力学性能的影响规律。结果表明:高速列车明线交会时,车体表面所受的风压极值与车速的2.0次方成正比;高速列车在隧道内交会时,车体表面所受风压极值与车速的2.3次方成正比;车辆运行安全性、平稳性指标与车速成正相关关系,与线间距、隧道断面面积成负相关关系;建议时速350 km线路的线间距取4.6 m,时速400~450 km线路的线间距取5.0 m。