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地面气动效应对车下吊挂影响的研究

王现冲  
【摘要】:随着经济发展需要,促使铁路运输高速化,与速度紧密相关的空气动力学问题成为突出问题。各国在推进铁路高速化的进程中,都将空气动力学问题作为关键内容之一进行研究。 本文主要对高速列车以不同速度在明线会车、通过隧道和隧道内交会对其进行了地面气动效应的理论分析和试验研究。用三维数值模拟对列车在上述工况条件下计算底板和裙板表面的压力变化,总结在三种速度下气动力的发展规律。在列车底板和裙板产生相当大的瞬态压力变化,有可能由于气动原因而发生疲劳损坏,因而会对列车运行安全产生影响。 本文中的三种工况都是基于三维的、非定常和可压缩的流体的控制方程和k-ε计算模型,对明线交会、隧道通过和隧道内交会分别建立数学模型,使用ICEM划分网格,利用FLUENT的有限体积法的思想和动网格与滑移网格结合技术,对底板和裙板的压力波及流场进行了模拟计算。主要分析了在不同速度条件下底板和裙板的不同位置压力变化和受气动力影响的规律,以及压力变化最大值、最小值和峰峰值沿列车纵向和横向的变化规律,为高速列车的设计提供了依据。 通过对明线交会的数值模拟计算,研究结果表明:高速列车底板和裙板的压力变化是由于两车交会压力波所造成的,并且伴随着速度的提高而压力幅值不断增大,当两车平齐时所受的压力幅值为最大。 通过对隧道通过数值模拟计算,研究结果表明:高速列车的压力波产生是由于刚进入隧道时由于隧道的几何空间限制,空气进行压缩,进一步产生压缩波并从隧道出口端出反射回来造成的。 通过对隧道交会数值模拟计算,研究结果表明:两列高速列车从隧道两端进入隧道时,与通过隧道的压力波作用机理基本一致。两车在隧道内发生会车时,压力波是由于两车的压力波发生叠加后共同作用的结果。


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