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华南理工大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 54-64页

作者：毛军韩晨煜陈明杲北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

基于横风作用下高速列车流场的非定常特性,建立了横风-列车-桥隧模型进行仿真计算,并通过1∶8列车动模型试验验证数值方法的准确性。随后研究横风条件下列车突出隧道时,隧道内外瞬态气动压力、气动荷载变化及流场特性,揭示了横风-列车-... 详细信息

基于横风作用下高速列车流场的非定常特性,建立了横风-列车-桥隧模型进行仿真计算,并通过1∶8列车动模型试验验证数值方法的准确性。随后研究横风条件下列车突出隧道时,隧道内外瞬态气动压力、气动荷载变化及流场特性,揭示了横风-列车-隧道之间的相互作用机理。研究结果表明:随着横风风速的增大,压力逐渐减小,但压力随时间的变化规律相似;横风对隧道出口处及隧道外监测点处的压力梯度有明显的影响,对于隧道内的监测点几乎没有影响;随着横风风速增大,隧道外背风侧正压峰值随风速增大略有减小,迎风侧正压峰值基本保持不变,背风侧负压峰值减小速率大于迎风侧;横风对列车突出隧道运行过程的压力波动影响有限,在横风风速为20 m/s时,隧道外界流场影响隧道内气动压力的范围不超过20 m。同种横风条件下,迎风侧、背风侧监测点处压力时程变化规律不相同,压力梯度峰值出现的位置也不同,且位于列车同侧越靠近地面的监测点处压力峰值及压力梯度峰值绝对值越大;横风下,气流经过车-桥系统时,在桥底部、列车背风侧顶部及底部发生明显的流动分离现象,导致隧道外车体两侧的压差大于隧道内车体两侧压差。

关键词：横风高速列车桥隧区域瞬变压力流场

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峡谷风下高速列车出入山区隧道的动力学安全研究

峡谷风下高速列车出入山区隧道的动力学安全研究

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作者：韩晨煜北京交通大学

学位级别：硕士

随着中国经济的快速发展,西部地区铁路建设的规模也逐年加大。受复杂地形条件影响,建于西部山区的铁路大多面临着复杂的气候条件,风环境更复杂,高空风速更大。峡谷风不仅使列车的乘坐舒适性下降,还明显增加行车安全风险。特别是当列车... 详细信息

随着中国经济的快速发展,西部地区铁路建设的规模也逐年加大。受复杂地形条件影响,建于西部山区的铁路大多面临着复杂的气候条件,风环境更复杂,高空风速更大。峡谷风不仅使列车的乘坐舒适性下降,还明显增加行车安全风险。特别是当列车跨桥梁隧道区域运行时,极容易出现因流场突变引发复杂气动效应,可能导致列车运行失稳、脱轨、倾覆等重大安全事故。因此,有必要对这一复杂场景下高速列车的运行稳定性、安全性问题进行深入研究。本文通过列车横风风洞动模型试验与数值模拟相结合的研究方法对该场景下列车运行的空气动力学性能、轮轨动力学性能等运行安全性问题进行了分析研究,最终得到列车安全运行的风速—车速安全域,为列车在西部艰险山区的安全运行提供数据支持。得出的结论如下:1、研究了列车车身及隧道壁压力时空规律。研究发现:数值模拟方法对列车穿越隧道气动效应研究具有适用性。压缩波、膨胀波在隧道内的反射过程是引起隧道内压力波动及车身压力波动的主要原因;不同车速下初始压缩波的压力系数最大值基本恒定;隧道越长,压力波的极值绝对值越大,且波动频率更慢,波动时间越久。车身表面波峰值随车速的变化较为平缓,而波谷值随车速增大而增大。2、研究了不同风速与车速对压力波时空变化规律的影响。研究发现:横风风速对压力波的影响主要集中在隧道口及隧道外部分,而列车车速对隧道内外压力波时变规律影响较大。沿列车行驶方向,车速对隧道内压力幅值的影响要大于风速的影响,两者对隧道外压力幅值的影响无太大区别。3、研究了不同条件下的压力及流线分布规律。研究发现:横风下桥梁上运行的列车,其周围流场呈现明显的非对称性;列车迎风侧流场横风占据主导作用,背风侧流场受横风和列车风的共同作用;桥梁上运行的列车相较平地工况其背风侧涡旋的发展会受到桥梁背风侧涡旋的影响,其涡旋发展速度更快,涡旋影响范围更广,流线分布规律性更差。4、研究了不同条件下的气动荷载时变规律。研究发现:隧道外,列车气动荷载随风速的增大较为明显,而车速的影响主要体现在列车通过隧道口时气动荷载的突变速率上;隧道内,车速主要对列车升力与阻力造成影响;横风下头车受到的侧向力与倾覆力矩最大,但其升力要小于中车和尾车。桥梁工况下气动荷载要小于平地工况,隧道外气动荷载稳定性要低于平地工况。5、研究了列车轮轨动力学特征及风速-车速安全域。研究发现:随着横风风速与车速的增大,不同轮轨动力学特性呈现出不同的增长规律。对于列车从隧道进入桥梁类工况,安全运行风速—车速关系曲线受脱轨系数控制;对于列车从桥梁进入隧道类工况,当风速低于17.14 m/s时,安全运行风速—车速关系曲线受脱轨系数控制;当风速超过17.14 m/s时,风速—车速关系曲线受轮重减载率控制。

关键词：高速列车峡谷风桥隧区域横风动模型试验气动特性轮轨动力学特性

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