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横风作用下高铁全封闭矩形声屏障气动性能

铁道科学与工程学报 2023年第1期20卷 23-33页

作者：黄永明何旭辉邓锷邹云峰中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 香港理工大学国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心香港分中心中国香港999077 香港理工大学土木与环境工程系中国香港999077

我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风... 详细信息

我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风侵袭。为给高铁桥上全封闭矩形式声屏障结构的抗风设计提供理论依据,参照缩尺比为1∶16.8的列车-声屏障动模型试验装置,建立相同比例的横风-列车-桥梁-声屏障三维精细化CFD数值仿真模型;采用大涡模拟(LES)方法分析横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的气动压力以及流场结构;基于本征正交分解(POD)理论,采用Matlab软件分别对横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的绕流流场进行分解,探讨各阶模态对其湍动能的贡献。研究结果表明:1)全封闭矩形式声屏障绕流流场的湍流强度在纵向分布上呈两端小、中间大的规律,内部流场湍流强度高于相应的声屏障外侧,该差异在声屏障中间区段表现最为显著。2)在声屏障进、出口顶部开孔将导致全封闭矩形式声屏障内侧的负压值降低82%,湍流强度升高114%。3)相对于全封闭矩形式声屏障,进、出口开孔式声屏障出现端部绕流现象的纵向区域更长,且相应的湍流模态组成极为复杂,全封闭矩形式声屏障在进、出口顶部开孔将导致横风风致振动加剧。

关键词：高速铁路全封闭矩形式声屏障横风大涡模拟(LES) 本征正交分解(POD) 气动压力

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横风下列车平顺化对气动特性的影响

铁道科学与工程学报 2022年第9期19卷 2498-2506页

作者：梁习锋邹涌刘宏康中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

由于横风下运行的高速列车气动特性恶化,面临侧翻的风险,并且转向架和风挡对高速列车周围的流场及气动特性影响较大,会加剧横风下的不稳定性,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法研究横风作用下转向架和风挡的平顺化设计对高速列车气... 详细信息

由于横风下运行的高速列车气动特性恶化,面临侧翻的风险,并且转向架和风挡对高速列车周围的流场及气动特性影响较大,会加剧横风下的不稳定性,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法研究横风作用下转向架和风挡的平顺化设计对高速列车气动特性的影响。研究结果表明,在横风下平顺化列车模型由于结构简单,气动阻力更小,同时由于背风侧大尺度涡流引起的负表面压力,侧向力更大,而在原始模型中转向架减弱了大尺度涡流对高速列车背风面表面压力的影响。转向架在列车底部产生了大量的旋涡,是原始模型和平顺化模型中流场出现差异的主要原因,风挡结构比转向架简单,对流场的扰动效果弱,但风挡表面压力对气动阻力会产生较大影响。在频谱分析中,由于原始模型中转向架引起的扰动,高速列车气动力震荡的幅值更大。转向架产生的大量小尺度涡与大尺度涡相互作用并削弱了大尺度涡对高速列车的影响,从而导致原始模型中气动力的主频率消失。此外,转向架产生的小尺度涡加剧了流动的混乱程度,这些涡在横风作用下被推离车体,影响测点处列车风分布,在阵风分析中导致各次运行间差异较大。原始模型中列车风的峰值出现在车头部分的轨道高度处,会对轨道旁的设备和施工人员产生威胁。

关键词：平顺化设计转向架横风列车风列车空气动力学。

横风作用下公铁同层桥上汽车-列车的气动特性风洞试验研究

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Journal of Central South University 2022年第8期29卷 2513-2531页

作者：邹云峰薛繁荣何旭辉韩艳刘庆宽 School of Civil Engineering Central South UniversityChangsha 410075China Hunan Provincial Key Laboratory for Disaster Prevention and Mitigation of Rail Transit Engineering Structure Changsha 410075China School of Civil Engineering and Architecture Changsha University of Science&TechnologyChangsha 410004China State Key Laboratory of Mechanical Behavior and System Safety of Traffic Engineering Structures Shijiazhuang Tiedao UniversityShijiazhuang 050043China

横风作用下桥上车辆的运行安全性和舒适性已得到越来越多的关注。准确了解桥上车辆气动特性是评估强风作用下行车安全性和舒适性的基本前提。由于公铁同层桥上汽车和列车存在显著的相互气动影响,使得车辆气动特性更为复杂。本文以集装... 详细信息

横风作用下桥上车辆的运行安全性和舒适性已得到越来越多的关注。准确了解桥上车辆气动特性是评估强风作用下行车安全性和舒适性的基本前提。由于公铁同层桥上汽车和列车存在显著的相互气动影响,使得车辆气动特性更为复杂。本文以集装箱卡车和CRH2高速列车为例,通过风洞试验对某大跨公铁同层桥上车辆气动特性开展研究。试验结果表明,公铁同层桥上列车与公路车辆之间的空气动力干扰随着列车(轨道上游,轨道下游)和公路车辆(迎风侧,背风侧)的位置以及轨道上放置的列车数量而变化;列车对上游的公路车辆气动力影响较小,对下游的公路车辆影响较大,且公路车辆侧力系数受列车干扰效应最为显著;桥上公路车辆仅对列车有限宽度的表面压力分布有影响,对该范围内的列车升力系数影响最大,列车的其他气动力则主要受相邻列车气动干扰的影响。

关键词：公铁同层桥集装箱卡车 CRH2高速列车空气动力学特性风洞试验横风

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横风桥隧区域列车突出隧道时的瞬态气动特性

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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横风下高速列车突入隧道瞬变压力及列车风

振动与冲击 2022年第3期41卷 27-36页

作者：王磊骆建军李飞龙北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

针对高速列车在横风下突入隧道的普遍情形,考虑空气的非定常、可压缩湍流特性,建立列车-隧道-横风三维数值模型,对比研究有无横风条件下列车突入过程中隧道内的瞬变压力变化规律和列车风特性。通过将数值计算结果与现场实测数据进行对比... 详细信息

针对高速列车在横风下突入隧道的普遍情形,考虑空气的非定常、可压缩湍流特性,建立列车-隧道-横风三维数值模型,对比研究有无横风条件下列车突入过程中隧道内的瞬变压力变化规律和列车风特性。通过将数值计算结果与现场实测数据进行对比,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:与无横风情况相比,列车在横风中高速驶入时隧道入口周围的瞬变压力和列车风发生明显变化;在尾车完全驶入前,横风对背风侧气动压力的影响程度比迎风侧的大,其中头车突入时对隧道入口气动压力的影响最为显著;横风对隧道内气动压力和列车风的影响范围有限,当横风速度为24.4 m/s时,隧道内受影响距离为50 m;头车突入隧道时,横风对列车背风侧列车风的影响较大,而尾车完全驶入时,横风对列车迎风侧的列车风的影响比较严重。横风效应是列车背风侧气动压力和气流速度大幅波动的根本原因。

关键词：高速列车隧道横风瞬变压力列车风流场

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横风作用下悬挂单轨车桥系统动力响应研究

中南大学学报（自然科学版） 2022年第6期53卷 2370-2381页

作者：邹云峰刘志鹏史康何旭辉周帅汪震中南大学土木工程学院湖南长沙410075 轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075 重庆大学土木工程学院重庆400045 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410007

针对悬挂单轨车桥系统这一特殊的车辆−桥梁组合形式受风荷载影响突出的问题,首先,通过风洞试验研究横风作用下悬挂单轨车桥系统的气动特性,并由此得到车桥系统所受的风荷载时程。然后,采用SIMPACK与ANSYS联合仿真的方式,分析横风作用下... 详细信息

针对悬挂单轨车桥系统这一特殊的车辆−桥梁组合形式受风荷载影响突出的问题,首先,通过风洞试验研究横风作用下悬挂单轨车桥系统的气动特性,并由此得到车桥系统所受的风荷载时程。然后,采用SIMPACK与ANSYS联合仿真的方式,分析横风作用下悬挂单轨车桥系统的动力响应,揭示悬挂单轨车辆和桥梁的动力响应随车速和横风风速的变化规律。最后,以行车安全性和舒适性作为评判标准,给出横风作用下悬挂单轨车桥系统安全运营的临界风速。研究结果表明:在横风作用下,悬挂单轨车桥系统受到的气动力中阻力作用是影响车辆运行的主要因素,实际运行时,需加强车辆和桥梁的横向稳定性;车辆速度增大导致车辆和桥梁的动力响应均有一定程度增大,但总体满足行车安全和平稳性要求;随着横风风速增大,车辆和桥梁的动力响应大幅度增加,尤其以横向动力响应增幅更加显著;当风速达到20 m/s时,车辆动力响应超过限值要求,建议届时采取限速或停运措施。

关键词：悬挂单轨车桥系统动力响应横风风洞试验

横风下高速列车在隧道洞口交会非定常气动效应

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北京交通大学学报 2023年第6期47卷 110-119页

作者：王磊谭忠盛张传凯骆建军李宇杰孙光华北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044 北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 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

针对横风下高速列车在洞口交会时的非定常气动问题,考虑流场的三维、可压缩、湍流特性,建立隧道-列车三维空气动力学模型,利用滑移网格技术模拟列车交会过程,采用SSTκ-ω湍流模型对列车交会全过程进行求解,研究横风对隧道内瞬变压力、... 详细信息

针对横风下高速列车在洞口交会时的非定常气动问题,考虑流场的三维、可压缩、湍流特性,建立隧道-列车三维空气动力学模型,利用滑移网格技术模拟列车交会过程,采用SSTκ-ω湍流模型对列车交会全过程进行求解,研究横风对隧道内瞬变压力、列车风及流场分布特性的影响规律.研究结果表明:横风下列车交会时,洞口处气动压力系数变化幅值显著增大,交会完成时,列车之间压力系数峰-峰值较无横风情形增大30.6%;列车交会开始和完成时气动压力均发生突变,隧道中部附近气动压力峰值最大;横风下列车交会气动压力大小与空间位置有关,交会时列车间气动压力变化幅值分别是列车迎、背风侧压力变化幅值的2.2和1.5倍;横风对洞口附近列车风影响显著,横风时迎风侧列车风峰值最大,无横风时背风侧列车风峰值最大,且前者是后者的2.04倍;隧道内气动效应受横风影响范围有限,当横风为30 m/s、车速为350 km/h时,隧道内气动效应受影响范围为120 m;横风下交会开始与完成时,流场分布急剧变化,导致气动压力与列车风发生突变.

关键词：隧道工程横风洞口列车交会气动效应

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横风作用下移动点湍流脉动特性风洞试验研究

振动与冲击 2022年第16期41卷 58-64,99页

作者：李志国张天翼苏益王沛源李明水西南交通大学风工程试验研究中心成都610031 西南交通大学风工程四川省重点实验室成都610031 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400450 重庆大学土木工程学院重庆400450

为了研究移动点历经的湍流脉动风特性,设计了一套能够实现测量探针以均匀速度在流场中移动的试验系统,测量了不同风速-车速比(风速与移动点速度的比值)下的湍流脉动特性,提出了半椭圆湍流积分尺度模型,分析了与静止点观测结果相比的湍... 详细信息

为了研究移动点历经的湍流脉动风特性,设计了一套能够实现测量探针以均匀速度在流场中移动的试验系统,测量了不同风速-车速比(风速与移动点速度的比值)下的湍流脉动特性,提出了半椭圆湍流积分尺度模型,分析了与静止点观测结果相比的湍流脉动风速谱及能谱的变化。研究结果表明,移动点测得的湍流脉动特性与静止点测量结果存在明显的不同。对于某一固定来流风速,随着移动点速度的增加,纵向湍流积分尺度减小,相比Balzer及Cooper积分尺度模型,半椭圆模型的描述更加准确。基于半椭圆模型的脉动速度谱具有较高的精度,移动点历经的湍流谱能量因运动而重新分布,并表现出明显的Doppler效应。随着观测点移动速度的增加,脉动速度谱整体向更高的频率偏移,高频区域中的谱值增大,低频区域中的谱值减小,且能量向更高的波数区传递。

关键词：脉动风特性湍流谱湍流积分尺度移动车辆横风风洞试验

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横风作用下燃气罐车泄漏射流火行为特征研究

燃烧科学与技术 2023年第3期29卷 365-371页

作者：彭新宇唐飞合肥工业大学汽车与交通工程学院合肥230009 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室合肥230026

为探究燃气罐车泄漏射流火的火灾特性,本文通过缩尺寸实验台开展实验,研究了横风风速、泄漏流量以及泄漏孔径对射流火行为及罐体表面温度变化特征的影响.研究表明:横风风速越大,火焰高度越低,最大降幅超过0.4 m.此外,横风会加剧罐体表... 详细信息

为探究燃气罐车泄漏射流火的火灾特性,本文通过缩尺寸实验台开展实验,研究了横风风速、泄漏流量以及泄漏孔径对射流火行为及罐体表面温度变化特征的影响.研究表明:横风风速越大,火焰高度越低,最大降幅超过0.4 m.此外,横风会加剧罐体表面受到的火焰热反馈效果,进而引发罐体表面最大温度的进一步升高;最后,从火羽流热浮力以及环境风诱导惯性力的耦合角度出发,分析了横风对射流火火焰几何特征的影响机制;并根据火焰及烟气对罐体表面的辐射、对流传热作用,建立了横风作用下气罐车泄漏射流火的最大温度模型.

关键词：燃气泄漏射流火火焰高度最大温度横风