内燃机车车顶高温浮射流扩散规律的数值研究

内燃机车在高海拔偏远山区的非电气化铁路中得到了广泛应用,然而其在运行过程中,车顶产生的高温浮射流将紧贴车顶表面流动,导致列车车顶局部过热,从而影响列车的运行安全。基于实车试验验证的数值模拟方法,对高海拔地区运行的5辆编组列车(包括2节内燃机车)进行仿真研究,并分析了不同运行速度和射流入射角度对高温浮射流扩散特性的影响。研究结果表明:随着运行速度的提高,射流运动轨迹线降低,导致高温气流更贴近列车车顶,特别是当内燃机车以最高运行速度160 km/h运行时,列车车顶的高温区域达到最大;增大射流入射角度能够有效减轻高温浮射流受到的来流冲击作用,进而提高射流轨迹线并降低车顶表面温度,当高温浮射流的入射角度达到45°时,列车车顶最高温度下降51.6%。本研究的发现为降低高海拔铁路上内燃机车车顶设备损坏风险提供了重要的参考。

焦炉导烟板结构对高温烟尘扩散过程的影响研究

在焦炉生产过程中会产生大量高温含尘烟气,其中推焦过程中出焦侧上方的污染排放最为严重。为研究不同结构导烟板对高温烟尘扩散规律的影响,解决焦炉出焦侧导烟板两侧烟尘逸出现象,对原有的直型导烟板进行优化,参考Aaberg排风罩的理论分析与实验研究,设计了弧型和折型导烟板,运用计算流体动力学软件对三种结构导烟板的导流作用进行数值模拟,并对大型焦炉出焦侧上方的工况进行了分析,搭建了三种结构的物理模型,利用实验结果来验证数值模型的有效性。研究表明:在相同初始速度和初始温度工况下,弧型导烟板能有效的减少高温烟尘从两侧的逸出,效果最好;而折型挡烟板的导流作用强于直型导烟板。

高海拔下内燃机车车顶热流输运特性研究

内燃机车车顶排放的高温浮射流会对列车外流场分布和下游设备的散热性能产生影响,研究高温浮射流对车体周围气动特性的影响有助于评估下游设备的散热环境状况。采用三维、非定常、可压缩雷诺时均Navier-Stokes方法的Realizable k-ε两方程湍流模型,对5节编组高速列车进行数值仿真模拟计算,并与实车试验结果进行对比验证。此外,还分析了不同海拔高度、列车运行速度下的高温浮射流扩散效应。结果表明:随着海拔高度升高,大气密度减小,柴油机排放的高温气体所受的惯性力加强,气流向上运动趋势增加,列车表面最高温度降低。当运行环境的海拔高度由3000 m上升至5000 m时,内燃机车车顶最高温度由117℃下降到86℃。而列车运行速度加快致使柴油机释放的高温气流更贴近列车表面,导致车顶表面最高温度上升。当列车以80 km/h运行在3000 m海拔高度时,列车车顶最高温度为81℃,列车运行速度提高到160 km/h时,最高温度为143℃。研究阐明了高海拔、低气压、低密度的环境中,内燃动力车驱动列车以不同运行速度在明线运行时,柴油机出风口产生的高温气流对列车外流场气动特性的影响机制。