酒额铁路不同沙障防沙性能对比

风积沙害是风沙地区铁路安全运营的重要隐患,合理选择高效的沙障是减轻铁路沙害的关键。基于现场测试和数值模拟结果,对比分析了酒额铁路沿线竹排式沙障和HDPE板沙障的防沙性能。研究结果表明:数值模拟与现场测试结果基本一致,验证了数值模型的可靠性;两种沙障有效防护区面积和背风侧大循环泡的面积与来流风速呈负相关,说明随着风速的增加沙障的防沙效率呈递减趋势;与HDPE板沙障相比,竹排式沙障的风速衰减能力更强,有效防护区面积和循环泡面积更大,表明后者的防沙性能更优;两种沙障对粗颗粒的拦截效率明显高于细颗粒,但竹排式沙障拦截细颗粒的效率更高。

气固分离式沙障防沙性能研究

针对风沙流中气、固相介质运动特征的显著差异性,提出一种新型高效的气固分离式沙障,并借助风洞试验研究了不同风速下的沙障周围的流场特征和阻沙效率,同时对其防沙稳定性和防沙机理进行了深入探讨。研究结果表明:风沙流途经沙障时,气流因阻碍效应在其迎风侧形成减速区,因文丘里效应在其正上方形成高速区,因逆压梯度和涡旋流在其背风侧形成紊流区;沙障顶部以下范围,水平风速近似呈“U”形分布,而沙障顶部以上范围,水平风速近似呈“Ω”形分布;随着来流风速的增大,沙障周围的风速呈递增趋势,但其阻沙率呈轻微的递减趋势,表明气固分离式沙障对环境风速的敏感性较弱,在多风速环境下较传统沙障的稳定性更高。该沙障利用多次绕流达到大幅提高阻沙的效率,这种新思路可为类似的沙障提供借鉴,对工程防沙具有重要的应用价值。

兰新高铁沿线插板式挡沙墙防沙性能研究

为保障兰新高铁风沙路段的列车安全运营,铁路沿线大范围安装了插板式挡沙墙,由于缺乏系统的研究,导致挡沙墙一些防沙性能还未完全掌握。结合数值模拟和风洞试验,对插板式挡沙墙的防沙性能进行系统分析,并探讨孔隙率、积沙量对其影响。研究结果表明:插板式挡沙墙高效防沙区顺风向主要集中在迎风侧2H至背风侧7.5H范围内,垂直方向主要集中在高度0.6H以下(H为挡沙墙高度);随着环境风速和距地表高度的增大,插板式挡沙墙的阻沙性能呈递减趋势;孔隙率越大,插板式挡沙墙背风侧循环泡尺寸越小,对气流扰动的能力越强,但其扰动范围越小,综合考虑孔隙率取20%左右比较合理;插板式挡沙墙周围的风积沙越多,其防沙效果越差,为保证挡沙墙高效的工作,有必要及时清理其周围的风积沙。

可调式铁路挡沙墙防沙性能研究

为减小传统铁路挡沙墙顶部气流加速区越过的沙粒数量,一定程度上提高挡沙墙的阻沙效率,提出一种挂板可以随风力转动的新型挡沙墙(可调式挡沙墙),并利用风洞试验和数值模拟对其防沙性能进行分析。研究结果表明:可调式挡沙墙的流场结构与传统的挡沙墙类似,但受“狭管效应”的影响,在能够随风力转动的挂板背风侧形成了局部的气流高速区;挡沙墙背风侧涡旋流的发育程度明显强于迎风侧,风速衰减能力背风侧也远强于迎风侧,挡沙墙背风侧是主要沉沙区;可调式挡沙墙周围的积沙主要分布在背风侧,且与挡沙墙存在一定的距离;挡沙墙防沙性能与挂板倾角和风速相关,最优设计参数:25 m/s风速下3号和4号挂板倾角组合为10°~20°和15°~20°,35 m/s风速下3号和4号挂板倾角组合均为15°~20°;45 m/s风速下3号和4号挂板倾角组合为15°~20°和20°左右;数值模拟结果与风洞试验和现场调查结果一致,具有较高的可信度;可调式挡沙墙可以削弱其顶部加速区的风速,达到提高其防沙效率的目的,尤其适合于挡沙墙顶部加速效应明显的强风地区。