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大风下高速列车单车出隧道空气动力效应数值模拟初探

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大风下高速列车单车出隧道空气动力效应数值模拟初探

作者：晋永荣兰州交通大学

学位级别：硕士

车辆驶出隧道过程中受到很强的列车风作用，气动力非常复杂。而如果列车在驶出隧道的过程中，同时遭遇到外界大风的话，所受到的风载荷将更加复杂，在此作用下，车辆的动力学恶化，车辆的运行安全性将受到严重的影响。我国地貌广阔，风... 详细信息

车辆驶出隧道过程中受到很强的列车风作用，气动力非常复杂。而如果列车在驶出隧道的过程中，同时遭遇到外界大风的话，所受到的风载荷将更加复杂，在此作用下，车辆的动力学恶化，车辆的运行安全性将受到严重的影响。我国地貌广阔，风力资源十分丰富。西北地区常年大风，兰新线既有线上常因大风导致列车晚点，严重时，导致列车翻车。即将投入运营的兰新第二双线要途径甘肃、青海和新疆三省，穿越五大风区，全线长1776km，其中有579.599位于大风区，占全线长的32.8%。新疆境内通过大风区线路长度为462.409，占新疆境内线路总长的64.8%。此外，兰新第二双线有11座隧道位于四大风区。可见研究列车在大风下驶出隧道的过程是很有必要的。本文模拟中，列车模型选用带转向架、受电弓导流罩及风挡的较真实的CRH2型列车模型，隧道洞门选用帽檐切削式洞门。由于选用的列车模型和隧道模型几何形状比较复杂，因此利用ICEM-CFD软件在列车周围和计算区域生成非结构化的Tetra网格。另外本文采用滑移网格技术模拟列车驶出隧道的过程，滑移网格技术对滑移面两侧的网格要求较高，因此利用ICEM-CFD软件在滑移面两侧生成结构化的Hexa网格，再与Tetra网格融合。本文模拟中选用STAR-CD软件进行模拟计算，模拟中，为了避免直接启动引起的非物理现象，采用光滑启动技术。湍流模型选用高雷诺数SST模型，在合理的边界条件和初始条件的基础上，采用PISO算法求解雷诺时均方程，用中心差分法离散扩散项，用MARS差分格式离散对流项，用CG方法求解离散后的代数方程组。在此基础上模拟了列车驶出隧道的全过程。本文研究了列车以200km h的速度在30m s的风速下驶出隧道过程中车体表面压力及所受到的侧向力、升力和倾覆力矩的变化过程，并研究了这一工况下隧道外流场的变化。进而对比了30和60两种风速下，列车以200、220、250的速度驶出隧道，侧向力、升力和倾覆力矩的不同，得出了列车速度对流场的影响和风速对流场的影响。本文所采用的网格融合技术可望为后续对较真实列车模型的研究提供有益的帮助，本文模拟中所得到的结论可望为后续的研究提供有益的参考。

关键词：高速列车大风隧道空气动力效应数值模拟

横风下风阻制动板对高速列车气动性能影响的仿真分析

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城市轨道交通研究 2024年第10期27卷 81-86页

作者：晋永荣田春陈晓丽湖南铁道职业技术学院株洲412001 同济大学铁道与城市轨道交通研究院上海200092

[目的]随着列车运行速度的提高,采用多种制动方式成为高速列车紧急安全制动的有力保障,风阻制动作为轮轨黏着制动的补充而广受关注。风阻制动板安装后,将影响列车的流线型,在横风条件下甚至会影响列车运行安全。为保证列车在大风环境下... 详细信息

[目的]随着列车运行速度的提高,采用多种制动方式成为高速列车紧急安全制动的有力保障,风阻制动作为轮轨黏着制动的补充而广受关注。风阻制动板安装后,将影响列车的流线型,在横风条件下甚至会影响列车运行安全。为保证列车在大风环境下的行车安全和制动性能,需要对横风下不同制动板形式对列车气动性能的影响规律进行深入研究。[方法]采用三维、定常、不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,开展有无横风和不同制动板高度对高速列车流场规律和气动力的影响研究。[结果及结论]仿真研究结果表明,横风下列车车身和制动板的气动阻力沿车身方向递增,横向力则递减,当制动板高度从0.5 m提高到1.0 m时,制动板阻力占总阻力的比例从54.89%提高到69.92%,最高达到56 kN;制动板横向力占整体横向力的比例小于1%,不同高度制动板对列车整体横向力的影响较小;制动板对来流有一定的滞止作用,距离较近的制动板存在流场相互干扰;制动板对于横向力的影响较小。通过制动板的前期设计,风阻制动足以成为列车制动的有效方案,且对列车的运行稳定性影响较小。

关键词：高速列车风阻制动板气动力流场特性数值模拟

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德国高速列车ICE3隧道微压波试验研究综述

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国外铁道车辆 2013年第5期50卷 1-6页

作者：晋永荣梅元贵兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

以德国高速列车ICE 3的隧道试验结果为基础,介绍了影响隧道微压波波面压力和压力梯度的因素,并给出了德国相关的声学评估结果。

关键词：高速列车微压波隧道试验德国

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高速列车驱动装置对转向架气动噪声的影响

科学技术创新 2020年第28期 81-83页

作者：晋永荣陈晓丽湖南铁道职业技术学院湖南株洲412000

噪声严重影响人的身心健康,列车速度提高后,气动噪声问题更加突出。研究表明高速列车气动噪声幅值主要受到列车截面突变的影响,而引起这一突变的主要因素是受电弓、转向架等设备。高速列车转向架作为气动噪声产生的主要源头,将是高速列... 详细信息

噪声严重影响人的身心健康,列车速度提高后,气动噪声问题更加突出。研究表明高速列车气动噪声幅值主要受到列车截面突变的影响,而引起这一突变的主要因素是受电弓、转向架等设备。高速列车转向架作为气动噪声产生的主要源头,将是高速列车主动降噪的关键位置。研究高速列车转向架气动噪声特征,认识气动噪声变化的规律,进而采取有效措施控制控制和降低气动噪声幅值,能够有效提高铁路沿线及车站附近居民的生活幸福指数。本文应用数值模拟的方法计算了带有架悬式牵引电机和体悬式牵引电机的动力转向架、无动力转向架的气动噪声,对气动噪声幅值与列车运行速度的关系及变化趋势、驱动装置对转向架气动噪声幅值的影响进行了分析。

关键词：高速列车驱动装置转向架噪声

风向角对动车组用雨刷器的气动性能的影响研究

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科学技术创新 2021年第33期 40-42页

作者：陈晓丽晋永荣湖南铁道职业技术学院湖南株洲412000

本文计算分析了列车在大风条件下运行时,风向角对雨刷器气动性能的影响。

关键词：高速列车大风气动仿真

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高速列车明线运行时雨刮器气动特性研究

机车电传动 2024年第4期 132-138页

作者：晋永荣陈晓丽湖南铁道职业技术学院湖南株洲412001

随着列车运行速度的提高,高速列车雨刮器所受的气动载荷作用显著增强,而气动作用下雨刮器产生的失效问题会严重危及行车安全。为探明列车高速运行时雨刮器的气动特性,文章采用三维、定常、不可压缩N-S方程以及k-ε两方程湍流模型,开展30... 详细信息

随着列车运行速度的提高,高速列车雨刮器所受的气动载荷作用显著增强,而气动作用下雨刮器产生的失效问题会严重危及行车安全。为探明列车高速运行时雨刮器的气动特性,文章采用三维、定常、不可压缩N-S方程以及k-ε两方程湍流模型,开展300 km/h、350 km/h及400 km/h速度等级下3车编组高速列车雨刮器明线运行气动特性研究。结果表明,随着列车运行速度提升,雨刮器所受气动力显著增大,且雨刮器主要受侧向力作用,头车雨刮器所受气动力比尾车雨刮器更大,为尾车雨刮器的3.2倍。头车雨刮器朝向车体外侧的一侧呈明显负压分布,相对于300 km/h,当列车速度提升至350 km/h时,雨刮器两侧压差增加了36%;当列车速度提升至400 km/h时,雨刮器两侧压差增加了78%。同时,列车运行时,空气由列车车头中轴线向车体两侧流动,使得雨刮器呈现向两侧分开的运动趋势,而尾车雨刮器呈现由两侧向中间靠拢趋势。文章的研究可为高速列车雨刮器的设计安装选择及结构安全性评估提供参考。

关键词：高速列车雨刮器气动力流场特性数值模拟

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网格融合技术在列车过隧道运动网格数值模拟中的应用

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计算机工程与科学 2016年第3期38卷 431-436页

作者：陈晓丽张成玉许建林晋永荣梅元贵兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 兰州铁路局兰州车辆段兰州西动车运用所甘肃兰州730070

在高速列车过隧道问题的数值模拟中,为提高模拟准确性而考虑转向架、受电弓导流罩、车厢连接处等细部结构后,几何模型变得复杂。为了得到质量高、适用性强的计算网格,在列车附近生成非结构化四面体网格,运动网格及计算区域其余部分划分... 详细信息

在高速列车过隧道问题的数值模拟中,为提高模拟准确性而考虑转向架、受电弓导流罩、车厢连接处等细部结构后,几何模型变得复杂。为了得到质量高、适用性强的计算网格,在列车附近生成非结构化四面体网格,运动网格及计算区域其余部分划分块结构化六面体网格。在融合面上,利用网格融合技术处理四面体网格的三角形面网格和六面体网格的四边形面网格的联结问题,通过控制节点位置的变化满足拓扑一致,实现无缝连接。通过三维数值模拟计算结果与一维实验结果的对比发现,在同等精度要求下,采用网格融合技术及分区思想生成的网格整体上数量更少,生成速率更高,该方法可推广应用于更复杂几何模型的网格划分中。

关键词：高速列车数值模拟结构化六面体网格非结构化四面体网格网格融合

300km/h时速下动车组用雨刷器的气动性能仿真研究

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河南科技 2021年第22期40卷 52-55页

作者：陈晓丽晋永荣湖南铁道职业技术学院湖南株洲412000

雨刷器位于列车头部司机室侧窗,列车速度提高后头部压力分布复杂,将影响列车雨刷器的正常使用。本文计算了列车以300 km/h速度在9~14级大风环境下运行时前方雨刷器受到空气压力的变化,监测并分析了雨刷器臂及雨刷上测点的压力随风力变... 详细信息

雨刷器位于列车头部司机室侧窗,列车速度提高后头部压力分布复杂,将影响列车雨刷器的正常使用。本文计算了列车以300 km/h速度在9~14级大风环境下运行时前方雨刷器受到空气压力的变化,监测并分析了雨刷器臂及雨刷上测点的压力随风力变化的趋势。

关键词：高速列车雨刷器气动仿真

ST型双向自动闸调器性能试验台简介及试验工艺

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机车车辆工艺 2020年第2期 34-36页

作者：晋永荣陈晓丽湖南铁道职业技术学院湖南株洲412000

铁道车辆采用闸瓦制动时,随着闸瓦的磨耗,闸瓦与车轮踏面之间的间隙会发生变化,进而影响制动缸活塞杆的行程,减弱制动力.为保证闸瓦与车轮踏面之间的间隙不受闸瓦磨耗的影响,保证制动力充足,采用闸调器对闸瓦和踏面之间的间隙进行调整.... 详细信息

铁道车辆采用闸瓦制动时,随着闸瓦的磨耗,闸瓦与车轮踏面之间的间隙会发生变化,进而影响制动缸活塞杆的行程,减弱制动力.为保证闸瓦与车轮踏面之间的间隙不受闸瓦磨耗的影响,保证制动力充足,采用闸调器对闸瓦和踏面之间的间隙进行调整.闸调器的性能试验是新造或检修闸调器安装上车前的最后一步,其质量直接关系到列车的运行安全.文章以我国铁道车辆使用最广泛的ST1-600型和ST2-250型闸调器为例,介绍了闸调器性能试验设备的技术条件和机能检测方法,并以此为基础,介绍了ST型双向自动闸调器性能试验工艺流程.

关键词：闸调器机能检测性能试验试验台