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铁道科学与工程学报 2024年

作者：王北昆冯达卢耀辉鲜川曹江萍西南交通大学机械工程学院中国测试技术研究院

列车隧道内交会时气动载荷变化比明线会车更加复杂和剧烈，其对列车的横向振动有显著影响。为研究气动载荷与机械载荷耦合作用下列车车体的横向振动特性，以隧道会车工况下的高速列车为研究对象，基于三维非定常可压缩雷诺时均N-S方程... 详细信息

列车隧道内交会时气动载荷变化比明线会车更加复杂和剧烈，其对列车的横向振动有显著影响。为研究气动载荷与机械载荷耦合作用下列车车体的横向振动特性，以隧道会车工况下的高速列车为研究对象，基于三维非定常可压缩雷诺时均N-S方程和标准SST k-ω湍流模型，采用重叠网格技术对高速列车隧道交会工况进行模拟，分析了列车气动载荷的时频特性和流场结构。在此基础上，通过建立车辆系统动力学模型，计算了车体悬挂振动模态，进一步研究了气动载荷频率与车体悬挂振动固有频率之间的关系。最后，通过顺序耦合的方法，将气动载荷加载到车辆系统动力学模型中，计算了车体的动态响应。研究结果表明：高速列车隧道内交会过程中由于涡与涡之间、涡与地面之间、涡与隧道壁面之间的干涉产生复杂的流场结构，是导致列车会车后气动载荷幅值和波动频率升高的主要原因；头车和尾车气动载荷频率与下心滚摆频率接近，中间车的气动载荷频率与上心滚摆频率接近，易与车体产生共振，从而导致车体横向振动加剧；考虑气动载荷作用下的头车、中间车和尾车的横向振动加速度峰值分别为仅考虑轨道激励的3.22倍、2.47倍和3.59倍，气动载荷对车体横向振动的贡献度分别达到了76%、70%和78%。气动载荷是导致隧道会车时车体横向振动的主要原因，本文的研究可为改善高速列车隧道“晃车”问题提供一定的理论参考。

关键词：高速列车列车隧道空气动力学流场结构频谱分析动态响应

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隧道工况下高速列车气密性及压力舒适度数值模拟方法研究

隧道工况下高速列车气密性及压力舒适度数值模拟方法研究

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作者：尹小春西南交通大学

学位级别：硕士

中国是一个多山的国家,为了确保列车的运行安全,高速铁路尽可能采用直线以保持高的运行速度,由此修建了大量的隧道或隧道群。当列车高速通过隧道或者在隧道内交会时,由于“活塞效应”会在隧道内形成复杂的压缩波和膨胀波,产生了列车隧... 详细信息

中国是一个多山的国家,为了确保列车的运行安全,高速铁路尽可能采用直线以保持高的运行速度,由此修建了大量的隧道或隧道群。当列车高速通过隧道或者在隧道内交会时,由于“活塞效应”会在隧道内形成复杂的压缩波和膨胀波,产生了列车隧道空气动力学效应。其中,列车的压力舒适度问题较为突出,是影响乘客主观感受最明显的列车性能。由于列车不能完全密封,车外强烈的压力变化通过车体的缝隙传递到列车内部,导致车内压力发生跟随性的变化。列车乘客由于人耳的生理原因,对压力的变化需要一定的时间来调整,如果不满足要求会导致人感到不舒适,给旅客乘坐舒适性带来较大的影响。因此,开展隧道工况下的列车内外压力波传递分析方法的研究,对列车的气密性和压力舒适度的评价及改善具有重要的科学意义和工程应用价值。本文首先基于计算流体力学的方法研究了列车在不同长度隧道工况下交会压力波;其次,在此基础上,以等效泄露孔作为车体内外压力传递的接口研究车内压力的变化规律,提出了高速列车动态气密性指数计算方法;然后,基于国内压力舒适度标准,计算分析了不同隧道长度下等效泄露面积阈值;最后,探讨了压力舒适度影响因素及改善压力舒适度措施。结果表明:(1)短隧道的车体表面压力波比长隧道压力波波动剧烈,在不同隧道长度下,头车压力波最为剧烈;且随着隧道长度的增加,最大正压逐渐减小。(2)本文提出的车体动态气密性分析模型能较好的模拟车内压力波动,在等效泄露面积为7.05cm和1000m长隧道工况下列车交会时的动态气密性指数仿真计算结果为66.3,与文献结果近似一致。对比不同隧道长度下车内压力波动幅度,发现长隧道车内压力波动幅度比短隧道大。(3)对比泄露面积阈值发现,短隧道工况下,决定其泄露面积阈值的因素是压力变化率;长隧道工况下,决定其泄露面积阈值的因素是压力变化幅值。(4)竖井对降低隧道交会压力波的效果最好,其中头车的降压幅度最大;削竹式洞口降低隧道交会压力波的效果不如竖井,对头车的降压幅度也是最大;头车头型优化的降压效果不明显,但能降低空气阻力。列车的气密性直接影响车内人员的压力舒适性,隧道运行是高速列车运行工况中最恶劣的工况之一。本文通过对隧道工况下高速列车气密性及压力舒适度数值模拟方法研究,探讨了高速列车气密性数值计算方法、等效泄露面积阈值以及改善压力舒适度的措施,为车体的密封设计和改善列车的压力舒适度提供参考。

关键词：列车隧道空气动力学 CFD 气动压力波动态气密性压力舒适度

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