600 km/h磁浮列车隧道交会车体压力载荷特征研究

随着列车速度的提升,空气动力学效应对车体压力载荷影响愈加严重,且列车隧道交会比单列车通过隧道时的空气动力学效应更加剧烈。为研究磁浮列车隧道交会时的车体压力载荷,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型,在论证了研究方法正确性的基础上,分析了车体最大正负压值特征和车体压力最值(最大正负压值和最大压力峰峰值)分布特性,研究了隧道长度、列车速度和阻塞比对车体压力载荷的影响特性。研究结果表明:列车在通过隧道的过程中,车体所承受的最大负压值远大于最大正压值;只有当隧道长度超过一定值时,车体的最大正负压值出现在头尾车;头尾车的压力最值在隧道长度超过2 km以后保持定值,且不同速度下头尾车的最大正压值的定值基本重合,接近于“零”;隧道长度在一定范围内时,车体压力载荷与速度的二次方成正比;车体压力最值随阻塞比增大而增大。研究成果可为车体气动疲劳强度设计提供基础数据。

列车隧道交会最不利长度数值模拟研究

通过计算流体力学方法,采用动态分层模型,对二维列车隧道交会问题进行数值模拟并结合图表探讨了最不利隧道长度问题.结果表明,相应于瞬变压力急剧程度,车头、车尾测点的最不利压力叠加分别发生在隧道列车长度比为3和4.5时.不同隧道长度下,测点压力最大值的变化不如测点压力最小值的变化明显,隧道交会过程中通常是负压起主导作用.

高速列车隧道交会压力波特性分析

随着列车运行速度的大幅度提高,列车在隧道高速交会时就形成了瞬变的交会压力波。对车体侧壁而言,瞬变交会压力波是一种瞬态激励,激励频带宽,几乎能激发车体侧壁及相关部件的所有振动模态,并产生较强的空气动力噪声。这种复杂的动力学现象,对车体侧壁变形、列车隧道运行的噪声及运行安全性都有不可忽视的影响。论文从三方面对实测隧道交会压力波的特性进行了深入分析:交会压力波的时-频特性、主要参数值及其与车速的关系、交会压力波对车体侧壁振动的激励作用。论文通过倒频谱分析,得出隧道压力波不是单一线性叠加波,而含乘积性成分。本文为进一步研究瞬变交会压力波对车体侧壁变形的影响和对列车隧道运行噪声的影响,提供了新的依据。

高速列车隧道交会最不利长度实车试验研究

根据隧道压力波传播和叠加理论的分析,分别在两条350km/h等级线路上进行了多个速度级的列车隧道通过和隧道交会的实车试验。结果表明:实车监测压力波特性与一维压力波传播与叠加理论分析相一致,两列列车的车外正压与正压和负压与负压均充分叠加;速度为300km/h时列车隧道交会最大压力变化比是隧道通过的1.98倍,隧道长度越接近最不利长度时压力波叠加更充分。

改进EEMD高速列车隧道交会横向振动研究

高速列车隧道交会时形成巨大的冲击压力,对列车横向振动产生巨大影响,同时,其横向振动也受轨道不平顺的影响。针对现有的经验模态分解(EMD)降噪过程中存在端点效应和模态混叠现象,提出一种改进的集合经验模态分解(IEEMD),并运用仿真信号验证该方法的有效性。对实测横向振动信号进行IEEDM分解,并结合相关性系数提取出气动载荷引起的横向振动;进一步分析轨道不平顺、气动载荷以及它们共同作用对列车横向振动的影响。研究结果表明:相比于轨道不平顺,气动载荷是引起横向振动的主要原因。

400km/h速度下编组长度对高速列车隧道交会压力波的影响

基于三维非定常可压缩雷诺时均N-S方程与k-ε两方程湍流模型,采用滑移网格方法,对400km/h速度等级下不同编组长度(3车编组,8车编组,16车编组)列车于各自最不利长度隧道的等速交会工况进行模拟。对比数值计算与动模型试验结果,两者同一测点压力峰峰值相差不超过3.6%,验证了数值计算的可靠性。研究结果表明:列车表面压力峰峰值由头车至尾车呈下降趋势;随着编组长度由3车增加到16车,列车表面最大压力峰峰值由12.05 kPa增加到15.18 kPa;隧道壁面最大压力峰峰值由14.73 kPa增加至19.19 kPa。

多條隧道交會段施工監測回饋分析

多條隧道交會段之力學行為係複雜之三向度問题,以三維數值分析程式FLAC3D針對其7條隧洞交會之實際工程案例,模擬其實際挖撐過程,並與佈置於交會段各處斷面監測結果進行比對,以瞭解隧道目前開挖圍岩穩定性,同時進一步預測隧道後續施工行為。分析結果顯示:案例隧道交會段施工互制影響範圍有限,目前隧道大體處於穩定狀態;後續洞台降挖及另一主隧道開挖,在及時支撐情況下,圍岩變形量增加有限,隧道安全應無問题,惟仍應持續進行監測,確實掌握隧道行為。

高速列车隧道等速交会条件下人体舒适度分析

基于三维非定常黏性不可压缩Navier-Stokes方程和标准湍流模型,利用Fluent流体计算软件,建立高速列车隧道内等速交会数值计算模型.模拟同样外形的两辆CRH380HL型高速列车以4种车速在隧道内交会时气动作用力的变化过程,得出列车车体内外压力变化规律;运用车体内部瞬变压力计算公式计算车厢内压力,根据车厢内压力大小对乘客乘车舒适性做出评价.

加盖敞车隧道口交会的空气动力学特性数值仿真

敞车由于其拖车较多,容易在隧道口发生交会,而在隧道口处存在压缩波、膨胀波和交会压力波的混合影响,因此会产生安全隐患。采用三维、非定常、可压缩N-S方程以及两方程湍流模型对两辆速度为100km/h的加盖敞车在隧道口交会流场进行数值仿真。计算结果表明,比较单车运行至隧道口与隧道口交会两种工况,交会面压力相差较大,入隧道车相差1000Pa左右,出隧道车相差300Pa左右,单车隧道口运行工况下车体压力分布均匀,隧道口交会工况下压力分布较集中,高压集中在交会处,对于出隧道车车体压力影响大于入隧道车。在隧道空间内,入隧道车侧隧道内壁的压力大于出隧道车侧,且随着交会过程的进行压力向后传播。入隧道车阻力系数始终高于出隧道车,横力系数和升力系数两车相差较小。

基于实车试验的高速列车隧道压力波影响因素

搭建列车空气动力学在线实车高精测试平台,对列车通过隧道及隧道交会工况下的压力波特性进行实车测试;探究运行速度、隧道长度、阻塞比、编组长度、交会位置等因素对隧道压力波的影响规律;根据隧道内压缩波、膨胀波在隧道内传播、反射、叠加的原理,推导出隧道通过及隧道交会工况下,最不利单线隧道长度、最不利双线隧道长度、最不利交会位置、最不利编组长度等计算公式。研究结果表明:车体表面压力变化幅值与列车速度的平方成正比;车内压力幅值与列车速度的n次方成正比,n的范围为1.3~1.8,n随着隧道长度的变化而变化;研究结果可为高速列车在隧道内运行时的安全性指标提供了压力波评判依据。

隧道工况下高速列车动态气密性数值分析方法

高速列车通过隧道或者在隧道交会时,产生复杂的压缩波和膨胀波,由于车体不能完全密封,导致车内压力发生跟随性变化,引起乘客舒适度降低的问题。通过建立高速列车车体内外流场的数值分析模型,在计算车体外表面压力波的基础上,以等效泄漏孔作为车体内外压力传递的接口研究车内压力的变化规律,提出了高速列车动态气密性指数计算方法。首先,对比等效泄漏孔建模中长细比及位置对车内压力的影响,确定了包含等效泄漏孔的车体内外流场准确的数值模型;然后,建立了高速列车-隧道CFD(computational fluid dynamics)模型,计算了高速列车隧道交会流场,获得了列车在隧道交会工况下车体外表面压力波;最后,将车体外表面压力波作为车体内外流场模型的激励,计算了车内压力变化,拟合数据后分析了车内压力变化率和动态气密指数,并与已有文献的实测数据进行了对比验证。结果表明:等效泄漏孔的建模应采用长细比大于1∶4的计算结果更合理;单节车气密性数值模型中泄漏孔的位置对车内压力影响不大;列车隧道会车工况下车体外流场大多处于负压状态,只有头车测点出现正压。所提的车体动态气密性分析模型能较好地模拟车内压力波动,在7.05 cm^(2)等效泄漏面积和1000 m长隧道工况下列车交会时的动态气密性指数仿真计算结果为66.3,与已有文献结果接近。

鼓形动力集中动车组不同环境交会气动载荷数值研究

列车交会对车身产生冲击,影响车窗玻璃强度和空调进风性能等。为评估新研发的鼓形动力集中动车组不同情况下交会的车身压力变化,采用滑移网格技术,基于三维可压非定常雷诺时均方法和SST k-ω湍流模型,分析了隧道内不同线间距和不同车速,以及侧风环境下不同风速和不同车速的列车交会压力。结果发现,隧道内列车等速交会、相同线间距下,P_(max)、P_(min)和ΔP随车速增加而增大;同一速度下,P_(max)、P_(min)和ΔP随线间距增加而减小。风环境下列车交会,迎风侧列车的交会侧压力变化幅值最大。隧道内列车最大压力变化幅值远大于侧风下的压力幅值,隧道为侧风下的2.4~3.2倍。

隧道长度对高速列车交会压力波的影响研究

高速列车隧道交会空气压力波的幅值对于车体结构及气密强度设计有非常重要的意义.我国的工程条件下需要对该工况对应的最不利隧道长度以及隧道长度对列车表面压力变化幅度的影响进行估计.本文通过理论分析研究了隧道压力波的形成和峰值影响因素,推导了压力极值对应的最不利隧道长度关于列车长度、运行马赫数的表达式.同时研究了隧道长度对最大负压值变化趋势的影响,并得出了负压极值快速变化所对应的临界长度区间.随后建立了二维的隧道交会数值模拟方法,并对典型工况下不同长度隧道内的列车交会进行了计算,其结果很好的验证了理论分析的预测表达式,证明前述表达式能够有效地应用于实际工程设计当中.

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。