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基于成渝中线隧道参数CR450高速动车组气密性阈值分布特征研究

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兰州交通大学学报 2024年第2期43卷 95-103页

作者：赵亮杜迎春梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070 中国国家铁路集团有限公司北京100000

以成渝中线隧道特征为研究背景,利用一维可压缩不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线方法,研究了CR450高速动车组单列车通过隧道和两列车中央等速交会时,车内外压力波特征及隧道长度、速度、不同时间间隔内最大压力变化量对气密阈值影响... 详细信息

以成渝中线隧道特征为研究背景,利用一维可压缩不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线方法,研究了CR450高速动车组单列车通过隧道和两列车中央等速交会时,车内外压力波特征及隧道长度、速度、不同时间间隔内最大压力变化量对气密阈值影响特性。研究表明:最不利隧道内车外压力波动幅值最大,随着隧道长度增加,车内压力波动幅值增大;单列车满足车内每3 s内最大压力时时间常数阈值基本在最不利隧道内最大,交会时基于气密性的最不利隧道与根据车外压力载荷得到的最不利隧道长度不同;单列车时间常数阈值随速度的增加而增加,两列车以430 km/h和450 km/h交会时,时间常数阈值基本相同;单列车头尾车和中间车满足13个压力标准时时间常数阈值最大分别为51 s和42 s,交会分别为88 s和92 s。

关键词：成渝中线隧道长度速度气密性时间常数

400km/h高速列车头型对隧道初始压缩波影响初探

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兰州交通大学学报 2024年第3期43卷 78-85页

作者：侯文斌孙琦张昭梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-w湍流模型,探索时速400 km/h高速列车头型对隧道初始压缩波的影响。针对目前国内研发的某型CR450动车组,本文研究2个鼻长均15 m和1个鼻长22 m的拟议新头型,分析在我国现有隧道... 详细信息

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-w湍流模型,探索时速400 km/h高速列车头型对隧道初始压缩波的影响。针对目前国内研发的某型CR450动车组,本文研究2个鼻长均15 m和1个鼻长22 m的拟议新头型,分析在我国现有隧道条件下3种不同头型列车以400 km/h驶入时产生的初始压缩波基本特性;最后分析了不同车速(350 km/h、400 km/h、450 km/h)驶入隧道时对初始压缩波最大压力梯度值的影响。对比距隧道入口72 m处隧道内测点的压力与压力梯度值,结果表明:2个鼻长15 m头型列车对应产生的初始压缩波波形和最大压力梯度值基本一致;相比于鼻长15 m头型,鼻长22 m头型对应产生初始压缩波波形有着明显区别,且最大压力梯度值较之降低约27%;列车速度越高,对应产生初始压缩波最大压力梯度值则越大,但缓冲结构的缓解作用越不明显。研究结果对新一代高速列车头型设计和气动性能比选具有实际性的参考价值。

关键词：高速列车头型 400 km/h 隧道缓冲结构初始压缩波

时速600 km高速磁浮列车气动声源分布及产生机理初探

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兰州交通大学学报 2024年第2期43卷 85-94,113页

作者：马智豪刘永翰韩珈琪梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070 中国铁路设计集团有限公司天津300308

高速磁浮的噪声主要来源于气动噪声,并且列车未来时速可达到600 km/h,气动噪声与列车速度的6~8次方成正比,会带来线路环境问题。本文以全尺寸高速磁浮列车模型为研究对象,基于延迟分离涡模型方法(DDES),结合磁浮列车流场特性分析其表面... 详细信息

高速磁浮的噪声主要来源于气动噪声,并且列车未来时速可达到600 km/h,气动噪声与列车速度的6~8次方成正比,会带来线路环境问题。本文以全尺寸高速磁浮列车模型为研究对象,基于延迟分离涡模型方法(DDES),结合磁浮列车流场特性分析其表面噪声产生的机理,为高速磁浮列车气动噪声性能评估和线路声屏障设计提供了依据。主要研究内容如下:由于气流直接冲击和流动分离,磁浮列车头部流线型区域主要声源分布在鼻尖位置,总声压级最大值为106.48 dB;车尾鼻尖处的复杂局部涡流和涡旋脱落是使其成为车尾流线型区域主要噪声源的原因,车尾鼻尖处总声压级最大值为124.75 dB;风挡间隙中的涡流引起了空腔噪声,风挡底部受到空腔噪声和车轨间隙噪声的耦合作用,其产生噪声能量最大,四位风挡底部的总声压级分别为115.94 dB、118.29 dB、123.36 dB和120.05 dB;无线电终端结构光滑度较高,在其表面气流流动平缓没有发生流动分离,表面各个部位声压级水平整体相似,并且车尾处的噪声水平高于车头处。

关键词：时速600公里高速磁浮列车气动噪声声源数值模拟

时速600km高速磁浮列车明线非定常气动性能数值模拟研究

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中国铁道科学 2022年第6期43卷 106-118页

作者：杨永刚梅元贵兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室甘肃兰州730070

基于改进延迟分离涡模拟(IDDES)方法和k-ωSST湍流模型,建立时速600 km等级高速磁浮列车明线单车稳定运行时的三维可压缩非定常数值计算模型,并通过风洞试验验证;分析列车表面压力、列车周围速度流线和旋涡等流场结构,以及列车气动力的... 详细信息

基于改进延迟分离涡模拟(IDDES)方法和k-ωSST湍流模型,建立时速600 km等级高速磁浮列车明线单车稳定运行时的三维可压缩非定常数值计算模型,并通过风洞试验验证;分析列车表面压力、列车周围速度流线和旋涡等流场结构,以及列车气动力的时域特性和频域特性。结果表明:高速磁浮列车明线稳定运行时气动力在时均值上下准周期性波动,升力波动幅度较大,尾车升力最大波动幅度为12.48%;各节车气动升力的功率谱密度频率主要集中在0~20 Hz范围内,最大峰值频率均为9.3 Hz;定常模拟和非定常(瞬态)模拟的流场结构在尾流区有明显差异,2种模拟下的气动阻力最大相差2.60%,升力最大相差7.65%;整车摩擦阻力占总气动阻力的78.50%,居主导地位;磁浮列车以400~600 km·h^(-1)速度等级明线稳定运行时,列车气动力与车速平方成正比;气动外形优化时应对设备舱导流区域、风挡和滑撬进行优化。

关键词：高速磁浮列车流场结构气动力功率谱密度分离涡模拟

600 km/h高速磁浮列车明线交会横向气动性能

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振动与冲击 2022年第1期41卷 137-146页

作者：杨永刚陈大伟梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070 中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

采用三维、非定常、可压缩RANS方程和k-ωSST湍流模型及重叠网格技术的数值仿真方法,对我国600 km/h高速磁浮列车明线交会横向气动性能进行研究。展示了明线交会过程中列车表面的压力变化特性,揭示了列车侧向气动力、偏航力矩和侧滚力... 详细信息

采用三维、非定常、可压缩RANS方程和k-ωSST湍流模型及重叠网格技术的数值仿真方法,对我国600 km/h高速磁浮列车明线交会横向气动性能进行研究。展示了明线交会过程中列车表面的压力变化特性,揭示了列车侧向气动力、偏航力矩和侧滚力矩的变化规律,分析了车体横向摆动和侧滚原因,研究了车速对横向气动性能的影响规律。结果表明:通过列车表面压力分布特性决定了观测列车横向气动性能的变化规律;头车横向气动性能最为恶劣,尾车的次之;交会侧压力对各节车厢的侧向力、偏航力矩和侧滚力矩变化起主导作用。侧向力峰值与车速的平方近似成正比。分析了流线段的压力分布特性,为磁浮列车局部气动优化设计提供参考。

关键词：高速磁浮列车明线交会横向气动性能列车速度三维数值模拟

高速列车通过高海拔大坡度隧道车内外压力波特性

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中国铁道科学 2023年第1期44卷 167-176页

作者：万有财周新喜梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室甘肃兰州730070 中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心山东青岛266111

为研究高速列车通过高海拔、大坡度和特长隧道下压力波的特性,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法模拟列车通过隧道时的车外压力,采用时间常数法计算车内压力;分别利用国外数值模拟结果和国内西成高铁实车试验数... 详细信息

为研究高速列车通过高海拔、大坡度和特长隧道下压力波的特性,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法模拟列车通过隧道时的车外压力,采用时间常数法计算车内压力;分别利用国外数值模拟结果和国内西成高铁实车试验数据,验证方法的合理性和准确性;以速度200 km·h^(-1)的单列8编组高速列车为研究对象,分析列车通过4种海拔、5种坡度和4种长度组成的不同隧道时,车内外压力波动和最值的变化规律。结果表明:隧道内初始压力是影响车内外压力幅值的根本原因;车内外最大正、负压均随隧道海拔的升高而线性减小,随隧道坡度和长度的增加而线性增大;与下坡相比,列车上坡运行时车内的压力舒适性更为恶劣、气密性要求更高;列车上、下坡通过坡度30‰、进口端海拔4500 m、长42 km隧道时,车外最大正、负压分别为9.85和-9.63 kPa,列车动态气密时间常数不应小于1713 s。

关键词：高速列车隧道压力波海拔坡度一维流动模型

基于舒适性的高速磁浮铁路单线隧道最不利隧道长度分布特征研究

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实验流体力学 2023年第1期37卷 44-52页

作者：杜迎春梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070

列车在不同长度隧道中高速行驶,会产生不同程度的压力波动,从而引起乘客不同程度的耳感舒适性问题。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型的特征线法和时间常数法动态气密指数模型,研究了单列高速磁浮列车通过隧道时的车外压力波和两种... 详细信息

列车在不同长度隧道中高速行驶,会产生不同程度的压力波动,从而引起乘客不同程度的耳感舒适性问题。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型的特征线法和时间常数法动态气密指数模型,研究了单列高速磁浮列车通过隧道时的车外压力波和两种动态气密指数下的车内压力变化特征,完善了基于压力舒适性标准的高速磁浮铁路单线最不利隧道长度的概念,进行了列车速度和列车动态气密指数对最不利隧道长度影响规律的研究。研究发现:在基于车外压力最大负压值的最不利隧道长度下,车内压力最大负压值较小。车内每1、3、10和60 s内最大压力变化量最大值随隧道长度增大呈先增大后减小的特征,即存在舒适性约束条件下的最不利隧道长度。列车速度不同,该最不利隧道长度不同。除车内每10 s压力限值条件下外,动态气密指数不同,最不利隧道长度近似。动态气密指数83 s、速度600 km/h的单列磁浮列车通过截面积为100 m2的隧道时,满足UIC660舒适性标准的最不利隧道长度为10~12 km。本文成果对研究基于舒适性标准的隧道净空面积和列车气密性,以及进一步完善基于隧道压力波效应的轨道交通最不利隧道长度理论体系有较好的参考价值。

关键词：车内外压力波动压力舒适性最不利隧道长度一维可压缩流动模型特征线法

600 km/h磁浮列车隧道交会车体压力载荷特征研究

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实验流体力学 2023年第1期37卷 82-90页

作者：魏康来积伟梅元贵兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室兰州730070

随着列车速度的提升,空气动力学效应对车体压力载荷影响愈加严重,且列车隧道交会比单列车通过隧道时的空气动力学效应更加剧烈。为研究磁浮列车隧道交会时的车体压力载荷,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型,在论证了研究方法正确性的... 详细信息

随着列车速度的提升,空气动力学效应对车体压力载荷影响愈加严重,且列车隧道交会比单列车通过隧道时的空气动力学效应更加剧烈。为研究磁浮列车隧道交会时的车体压力载荷,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型,在论证了研究方法正确性的基础上,分析了车体最大正负压值特征和车体压力最值(最大正负压值和最大压力峰峰值)分布特性,研究了隧道长度、列车速度和阻塞比对车体压力载荷的影响特性。研究结果表明:列车在通过隧道的过程中,车体所承受的最大负压值远大于最大正压值;只有当隧道长度超过一定值时,车体的最大正负压值出现在头尾车;头尾车的压力最值在隧道长度超过2 km以后保持定值,且不同速度下头尾车的最大正压值的定值基本重合,接近于“零”;隧道长度在一定范围内时,车体压力载荷与速度的二次方成正比;车体压力最值随阻塞比增大而增大。研究成果可为车体气动疲劳强度设计提供基础数据。

关键词：高速磁浮列车隧道交会压力载荷一维流动模型

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高速列车隧道车内外压力变化的实车试验

交通运输工程学报 2023年第2期23卷 183-198页

作者：梅元贵王志钧吕博杜云超杨永刚兰州交通大学甘肃省轨道交通力学应用工程实验室甘肃兰州730070

基于350 km·h^(-1)中国标准动车组在大西高铁科学试验段的实车试验,结合压力保护阀工作状态,研究了列车通过试验段全程的车内外压力变化特征,分析了隧道长度、线路坡度、隧道群和列车速度对车内外压力变化的影响;针对EN 14067-5—2010... 详细信息

基于350 km·h^(-1)中国标准动车组在大西高铁科学试验段的实车试验,结合压力保护阀工作状态,研究了列车通过试验段全程的车内外压力变化特征,分析了隧道长度、线路坡度、隧道群和列车速度对车内外压力变化的影响;针对EN 14067-5—2010中实车试验最大压力变化量的估算方法和TB/T 3250—2010中“整车车内可构成一个气压密封舱”的条文进行了实测数据验证,研究了整车气密效率的变化特征以及其与车内压力舒适性的关系。分析结果表明:EN 14067-5—2010中车外压力峰值计算方法得出的结果与实测数据存在较大差异,对其中列车和隧道壁面摩擦导致压力变化进行变量替代修正后的计算与实测差异明显减小;在压力保护阀关闭状态下,列车通过大坡度隧道后车内外长时间保持较大压力差;车厢内端门、风挡通过台门、司机室门的关闭几乎不存在气密性效果,整列车内贯通空间可视为一个气压密封舱;头车端和尾车端进入隧道引起的压力变化以及空气与列车和隧道壁面摩擦引起的压力变化与列车速度的平方成正比;整车气密效率随隧道长度的增大呈减小趋势,且其减小会带来车内人员耳部不适的问题。研究成果可为进一步认识高速列车通过隧道车内外压力变化特征和国内外相关试验标准的进一步完善提供支撑。

关键词：轨道交通 350 km·h^(-1)中国标准动车组实车试验车内外压力变化线路坡度隧道群整车气密效率