运动边界对高寒动车组转向架区域风雪运动的影响

采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)探究运动边界对高速列车底部风雪运动规律及转向架区域积雪分布的影响。研究结果表明:地面的运动有效缓解了转向架底部气流的流向动能衰弱效应,显著增加了转向架2区域的流向速度分布,并影响了雪粒垂向速度分布,致使转向架1区域的表面积雪质量降低33.6%,转向架2区域的表面积雪质量增加20.1%;列车轮对的旋转未影响转向架底面积雪分布,但轮对旋转使后端板周围雪粒垂向速度大幅增加,进而增加了转向架上表面的积雪分布;相较于旋转轮对,在轮对静止条件下,牵引电机、齿轮箱、构架和后端板表面积雪质量分别降低1.5%、2.9%、3.4%和6.4%,转向架2区域的表面积雪总质量整体降低3.2%,因此,在高速列车转向架区域积雪的数值仿真和风洞试验研究中,要尽可能地实现转向架、地面和轮对之间的相对运动。

高速列车周围风雪运动特性及转向架区域积雪成因分析

采用基于Realizable k-ε模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究高速列车底部转向架及其腔体区域的严重积雪问题。基于高速列车底部风雪两相流时空运动演化特性进行深入分析,并对转向架区域积雪成因进行归纳总结。研究结果表明:大量雪粒跟随转向架区域剪切层下方的高速气流流出转向架区域,部分雪粒在转向架中间区域和后端板附近跟随上扬气流向上扬起并撞击黏附在转向架和后端板迎风面,并在转向架底面形成大量积雪;仅有少量雪粒在后侧电机和后端板附近向上爬升至转向架上方,在后端板顶部相遇汇聚后在低速气流驱动下游离折返至前端板附近并重新汇入车底流场,悬浮雪粒在重力作用下沉积在转向架顶面,并在转向架上表面形成少量积雪。

计及风电机组短时过载能力的风电场多机协同频率控制策略

新型电力系统下,风力发电并网规模不断增加,大规模风力发电并网对风力发电参与电力系统调频的能力提出更高要求。目前,风电场主要通过释放风电机组转子动能、超速减载或附加储能装置等方式提高其调频能力。然而,以上调频方法存在调频期间捕获风能损失过大或储能配置成本过高等问题,影响风电场的频率调节效率。针对上述问题,提出利用高风速区风电机组的过载能力实现风电机组与储能系统一次频率协同调节的策略。首先计算风电机组的过载能力,其次优先将调节功率分配给高风速区域的风电机组,再将调节功率分配给储能系统,实现储能系统与风电机组的协同。调频结束后,风电机组利用其过载能力帮助储能系统回收能量。实例分析表明,该策略能够提高风电场的频率调节效率。

下斜导流防积雪结构对高寒高速列车转向架区域积雪的影响

为解决高寒高速列车转向架防积雪难题,采用基于Realizable k-ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)研究下斜导流防积雪结构对三车编组高速列车转向架区域内风雪运动特性的影响。研究结果表明:安装下斜导流防积雪结构有效降低了列车底部高速气流的流向动能,抑制了转向架下方气流的垂向速度波动幅值,降低了转向架上游剪切层的发生位置。相比于5.14°下斜导流结构,10°下斜导流结构显著改善了转向架区域内的空气流动趋势,明显削弱了车底大量雪粒对转向架主要部件迎风面的冲击作用,抑制了雪粒在转向架中部和后端板附近的上扬爬升运动,将高速列车转向架2、3、4、5、6表面积雪质量分别降低了52.6%、45.3%、41.8%、37.6%、31.8%。相比于原始工况,5.14°、10°下斜导流防积雪结构将高速列车所有转向架积雪总质量分别降低了20.6%、41.5%。

我国高速铁路沿线强风区间的确定方法及风险评估

研究目的:高速铁路沿线强风区间的确定及风险评估,关系到安全防灾监测布点的科学性和采集瞬时风速和风向数据的代表性及可靠性,为行车指挥控制系统提供较为合理的限速指令信息,或为启动应急预案提供决策依据,从而达到安全、高效行车的目的。研究结论:高速铁路沿线任意里程距轨面4 m高处最大瞬时风速,2年一遇设计值V4_2max与10 mim平均最大风速和30年一遇设计值V4_30max其水平分布特征基本一致。提出以高速铁路沿线任意里程,距轨面4 m高处最大瞬时风速,2年一遇设计值V4_2max为强风区间的确定主控因素,对于强风主风向与线路走向之间夹角以及高路堤和高架桥、特大桥弯道强横风区间偏角<10°区域,必须进行逐步优化。利用基于最小二乘法的线性回归方程,对强风(阵风)系数进行计算后,发现方程的效果很好。从而验证了高速铁路沿线强风区间安全防灾系统布点原则优化的科学性,以及采集瞬时风速和风向数据的代表性及可靠性。为我国高速铁路强风区间布点方案优化和防风栅布设技术标准和规范的制定提供了科学依据。

兰新高铁百里风区防风明洞设计

研究目的:兰新高铁穿过著名的百里风区,为减小大风对高速铁路运营的影响,在百里风区的核心区设置封闭的防风明洞。本文结合百里风区的大风特征和环境特点,确定该防风明洞结构形式,并对戈壁大风区防风明洞的施工工艺、接缝连接形式及通风、采光、泄压孔等进行研究。研究结论:(1)确定了防风明洞结构形式为"桩基+纵梁+拱形混凝土结构";(2)防风明洞拱形混凝土结构采用工厂化预制+现场拼装的施工方式;(3)预制构件之间采用"型钢-后浇混凝土"的刚性连接技术;(4)为实现防风明洞自然采光、自然通风以及缓解空气动力学效应,提出在防风明洞结构背风侧设置通风、采光、泄压孔;(5)本研究成果可用于公路、铁路穿越大风区等环境敏感地段的隔离防护工程,也可为类似工程的修建提供参考依据。

寒旱区路基风驱雨蚀风洞高速摄影试验研究

风驱雨蚀是寒旱区公路上最为普遍、影响最为恶劣的环境气象灾害。以内蒙古那—苏省际大通道锡林郭勒盟桑根达莱风沙土填方路段为例,考虑不设边坡防护的裸边坡为最不利情况,通过风洞高速摄影试验,对风驱雨粒子与路基边坡相互作用进行试验研究,测试并计算风驱雨粒子与路基边坡撞击位置、破坏形式、撞击瞬间的角度和速度,分析风驱雨粒子与路基边坡撞击、回弹与继续前行的运动轨迹,与风速、雨粒子粒径、路基高度和坡率、路基中心线与来风向夹角、路基填料含水状态等之间的关系,为风吹雨蚀的灾害防控与预警提供基础理论与试验依据。

利用多卫星观测CIR事件演变的统计分析

根据2007—2009年STEREO-BEHIND(STB)和ACE卫星的行星际磁场和太阳风数据,基于冕洞高速流从太阳向外匀速径向传输假设,讨论了随着STB和ACE卫星与太阳之间的夹角从0°增大至70°时,冕洞发出的高速太阳风形成的相互作用区(CIR)依次扫过STB和ACE卫星的时间差特性,并统计分析了两颗卫星观测到的CIR参数的变化特征.结果显示,可以利用STB对CIR事件的观测来预测这个CIR事件到达ACE的理论时间,时间误差均值和最大值分别为0.217 d和0.952 d,时间误差的产生与STB和ACE卫星观测到的CIR速度大小的不同有关,用速度差异矫正后,时间误差的平均值和最大值可分别减小为0.194 d和0.489 d;STB和ACE卫星观测的CIR事件太阳风速度最大值的线性相关系数达到了0.84,STB和ACE卫星观测到的CIR事件对特征物理量中速度、质子温度的变化最小,而质子密度及总压力的变化最大.分析结果表明,STB和ACE卫星观测到的CIR事件有很强的相似性,STB卫星的CIR,观测可以作为ACE卫星观测CIR事件特征的参考,从而为地球空间环境扰动预报提供依据.

时速400 km高速列车转向架区域气动噪声控制

气动降噪控制对高速列车运行环保性和乘坐舒适性至关重要。以某时速400 km高速列车1:8缩比模型为研究对象,建立了基于转向架舱前缘、侧缘、后缘3种策略的6种气动降噪控制方案。通过大涡模拟得到非定常流场和气动噪声源项,采用FW-H方程和声扰动方程计算远场和近场噪声,得到不同控制方案对远场噪声、近场噪声的控制效果和影响频域范围。与风洞试验相比,远场30个测点中90%的测点总声压级偏差在3 dB(A)以内,频谱变化趋势相同,量级相差较小。在速度为400 km·h^(-1)时,不同降噪控制方案使得远场测点的平均声压级最大减小1.4 dB(A),转向架舱湍流脉动功率级最大减小3.4 dB(A),转向架舱声功率级最大减小0.6 dB(A)。转向架舱前缘控制中直壁、排障器加厚,侧缘控制裙板高度增加、后缘控制倒圆角均可降低远场噪声水平,以及转向架舱顶板湍流脉动压力功率级。排障器加厚、后缘倒角可以减小舱内声功率级,其他减小转向架舱空间体积、封闭的措施使得转向架舱内声功率级增大。

自然风条件下寒区高速铁路隧道温度分布及防冻保温长度研究

针对严寒地区高速铁路隧道贯通后,冷空气吹入隧道引发的围岩冻结问题,以吉图珲高速铁路榆树川隧道为例,建立自然风条件下考虑围岩冰-水相变的寒区隧道空气与衬砌热交换的热流固耦合模型,结合现场空气温度和风速、风向,计算自然风条件下榆树川隧道围岩温度的分布规律,分析风速对隧道温度场分布的影响,并探讨隧道冻结长度。结果表明:隧道贯通后,进入隧道的空气对围岩温度影响显著,距进出口段较近处围岩已发生冻结,故进出口段需施作防冻保温措施;隧道进出口段冻结长度与风速密切相关,随着风速增大,冻结长度呈线性增大趋势,自然风由隧道进口吹入,从出口吹出,风速对进口段冻结长度的影响程度远大于出口段,在考虑经济性的情况下,隧道进出口段施作防冻保温措施应有所不同。

高速列车运行工况可视化系统的研究

介绍一种表现高速铁路运行状况的动画设计和制作方法。综合有关铁路线路各个分立数据库的内容,如:线路坡道、桥梁、隧道、车站、挖填方等,运用动画仿真技术,从纵断面的视角将各个数据库存储的线路属性参数在同一个画面上统一、关联地表现出来,达到直观便捷的表现效果。

高海拔山区风电场风速数据有效性、合理性分析

测风数据的有效性、合理性分析是风能资源评估中数据验证工作的重要环节。现行的风能资源评估规程规范基本均是基于平原风电场的研究而确定。各测验参数中,风速是风能资源好坏的最直接体现。通过选取一批代表测风塔,统计分析各测风塔风速的平均值、实测范围(最大、最小值)、各层间变化、小时变化情况等,提出对风速的基本认识,将统计分析成果与现行规程规范的检验标准进行对比,提出适合高海拔山区风电场的测风塔风速有效性、合理性分析判别标准。

兰新高铁典型过渡段区域列车气动性能及运行安全性分析

自2023年7月1日全路运行图大调整后,25T普速旅客列车大范围上兰新客专线,因此急需对普速旅客列车在兰新高铁的风限条件进行研究,在确保安全的前提下,尽量提升风限条件以降低行车调度指挥难度,避免频繁停轮。文章基于三维、非定常、不可压缩Realizable k-ε的尺度解析混合湍流模型探究了4车编组25T普速旅客列车通过K3017、K3018、K3030和K3038一共4处典型地段的气动载荷特性及流场特性,明确了4处过渡段线路上速度分布突变区域,分析了列车瞬态气动载荷的激化原因,基于构建的车辆系统动力学模型分析了25T普速旅客列车的倾覆系数与脱轨系数,进而明确了25T普速旅客列车通过兰新高铁典型防风设施过渡段时的临界风速曲线。列车运行速度分别为40 km/h、80 km/h、120 km/h和160 km/h时,所对应的临界风速值分别为45.4 m/s、41.6 m/s、39.1 m/s和34.9 m/s,较目前既有的兰新客专有挡风墙区段普速旅客列车遇大风天气行车限速的规定值有了较大的提升。

高风速区钢箱梁桥施工过程抗风稳定性分析

对大跨度钢箱连续梁桥施工过程最大悬臂状态进行非线性气动稳定性分析。提出基于风荷载非线性及结构几何非线性的气动稳定性分析理论。以某跨海大桥为工程背景,进行静风效应及风致抖振效应计算,明确钢箱梁最大悬臂状态位移响应均方根最大值,并以结构一期恒载作用下的位移为初始缺陷,静风力与抖振力作为荷载进行主梁最大悬臂状态非线性气动稳定性验算。结果表明,随着桥位处风速的增加,主梁悬臂端和跨中水平及竖向位移均呈现非线性增长趋势;结构的位移响应随着风攻角的正负变化而产生变化,风荷载的影响不容忽视。由于主梁刚度较大,在120 m·s-1风速范围内并没有出现失稳临界状态,但悬臂端水平及竖向位移变化幅度较大,为了保证人员安全及合龙顺利进行,提出3种抗风措施。