风向角对高速列车驶出隧道过程中气动效应的影响

作     者：王磊 李宇杰 张传凯 骆建军 叶子剑 WANG Lei;LI Yujie;ZHANG Chuankai;LUO Jianjun;YE Zijian

作者机构：北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京市地铁运营有限公司北京100044 北京地铁工程管理有限公司北京100005 中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2024年第55卷第1期

页      面：419-430页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：北京市地铁运营有限公司科研项目(2022000501000001) 国家自然科学基金资助项目(51678036) 

主　　题：高速列车 风向角 侧风 气动荷载 

摘      要：为研究风向角对驶出隧道过程中高速列车气动效应的影响,以某型高速动车组列车为研究对象,采用数值模拟方法对隧道内气动压力、列车风风速、流场分布及列车气动荷载进行分析。通过与动模型试验结果进出对比,验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明:隧道壁面气动压力峰值及变化幅值最大值出现在隧道内部,且出现位置到隧道出口距离与风向角有关;背风侧气动压力受风向角影响更大,气动压力变化幅值随风向角增大呈现先减小后增大再减小的趋势;出口处列车风风速随风向角增大基本呈现先增大后减小的趋势,30°风向角时列车风风速最大,但迎、背风侧列车风风速峰值出现时刻不同;随着风向角增大,流场分布不对称性增强,列车绕流特性由流线型绕流逐渐过渡到钝体绕流,流动分离点到头车鼻尖的距离呈现先增大后减小最后再增大的变化规律,隧道内流动结构愈加复杂;气动横向力、升力变化幅值随风向角增加呈现先增后减趋势,头车横向力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的2.4倍和2.6倍,升力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的1.1倍和1.5倍,故保证头车安全是控制整车运行安全的关键;侧风下高速列车驶出隧道情形下的最不利风向角为30°,此时头车发生列车事故风险最高。