抗侧风车体截面设计

为有效降低强侧风作用下高速列车脱轨、倾覆的可能性,在现有速度大于200 km/h机车上部限界、车内设备布置的人机工程学原理的前提下,基于流体力学原理以及高速列车抗侧风能力分析,设计了一种更能抵抗强侧风作用力的车体截面。基于有限体积法的CFD软件,利用二维定常不可压缩流动N-S方程的SIMPLE算法和k-ε双方程湍流模型,对我国CRH2,CRH3,CRH5等3种高速列车及新设计车体在25 m/s风速环境下进行了气动性能模拟。结果表明,设计车体倾覆力矩相比我国3种高速列车在相同强侧风作用下倾覆力矩有明显下降,设计车体抵抗侧风的能力优于我国上述3种高速列车。     

侧风作用下路堤上CRH6型列车的气动性能

采用CFD研究路堤上CRH6型列车在侧风作用下的气动特性,分析风速、风向角及列车在路堤上的位置对列车气动力的影响。计算结果表明:头车阻力随着风速的增加呈线性减小,其他气动力随风速的增加而线性增大;风向角对气动力的影响较大,最大气动力出现在风向角60°～120°之间;列车在路堤上的位置,对侧力和倾覆力矩影响较大,对阻力的影响较小。     

高速列车横侧风下的气动力特性研究

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变。基于3维非定常不可压缩流动的Navier-Stokes方程,采用LES湍流模型和有限体积法,对CRH2动车组以250、300和350 km/h的速度在28.4 m/s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了动网格的动态数值模拟计算。结果表明:侧风下运行时,列车的背风面存在着复杂的多旋涡涡系,旋涡由列车底部和顶部交替卷起,不同车速时的流场结构均相似;背风面旋涡的破裂造成列车尾车侧力的强烈振荡,对列车的运行安全有很大影响。     

组合模型对受电弓横风气动特性的影响

针对受电弓-接触网和受电弓-接触网-列车2种组合模型,基于三维可压缩流动的纳维-斯托克斯(N-S)动量方程,采用剪切压力传输(SST k-ω)湍流模式和有限体积法,对2种组合模型中的受电弓在不同横风条件下的气动特性进行了数值模拟和对比分析,并讨论横风风速对受电弓气动载荷的影响,采用量纲分析方法,建立受电弓气动力、力矩系数与横风风速、风向角之间的关系表达式.结果表明：与不考虑列车车体的情况相比,车体的存在改变了受电弓绕流场特性,且对受电弓的气动阻力、升力和俯仰力矩的变化规律产生显著影响,对侧向力、倾覆力矩和侧偏力矩的影响相对较小.研究结果可为横风条件下高速列车受电弓的运行安全性及优化设计提供一定的依据.     

横风下高速列车会车压力波对风障的气动冲击

高速列车会车时的压力波会对线路两侧的风障产生气动冲击作用,有可能导致风障的结构失稳,给列车运行带来安全隐患。采用能真实模拟列车运动的嵌套网格方法以及保留开孔特性的腔室耗能型风障,以某CRH型车为研究对象,计算了不同列车车速和不同横风风速下单侧风障内列车交会对风障的冲击过程。研究结果表明:高速列车行驶过程中,由于其高速运动对周边空气的排挤以及尾部气流的补充,在车身附近形成"正-负-负-正"4个压力波;会车过程中,两列车的压力波相互叠加耦合并作用在线路一侧的风障上;随着车速的增大,压力波极值增大,换向时间减小,变化率增大;随着风速的增大,横风作用与列车风作用相互耦合,放大了风障内侧的负压值;压力波正压峰值在车体长度范围之外,负压峰值在车体长度范围之内,头车正压波峰距头车鼻锥处距离最近;在横风作用下,列车风压力峰值会向后移动。     

车辆外风挡结构对高速列车横风气动性能影响

采用三维、定常、不可压缩雷诺时均(navier-stokes, N-S)方程和重组化群(renormalization group, RNG) κ-ε双方程湍流模型,模拟3车编组高速列车气动性能。通过改变侧滑角研究不同风挡结构对列车气动性能影响。所选数值算法经过风洞试验验证,结果与试验数据变化规律一致,幅值相差不超过10%。不同风挡下列车表面压力系数沿车长分布规律一致,且幅值接近,风挡处车体表面压力系数差异显著,出现翻倍情况。随侧滑角增大,靠近风挡处列车表面压力系数分布发生明显变化。随侧滑角增大,不同风挡形式下的压力系数差异越显著,最大可达176%。随侧滑角增大,风挡的影响越显著;列车侧向力系数、升力系数和倾覆力矩系数的最大差异分别为17.71%、6.35%和7.52%;全封闭式风挡的列车抗倾覆能力相对最优,半风挡和平滑风挡对减小风环境下列车阻力有明显效果。     

高速列车承载结构模态频率提高策略研究

运用有限元软件建立高速列车CRH3承载结构有限元模型,分析了当承载结构发生改变时使车体模态频率达到最大值的车体侧墙高度、车窗位置和边梁厚度.结果表明,在原承载结构基础上动车侧墙高度降低50mm、车窗距地板的高度降低50mm、边梁厚度不变时车体模态频率最大;在原承载结构基础上拖车侧墙高度和车窗距地板的高度保持不变,边梁厚度变为3mm时车体模态频率最大.     

高速列车隧道等速交会条件下人体舒适度分析

基于三维非定常黏性不可压缩Navier-Stokes方程和标准湍流模型,利用Fluent流体计算软件,建立高速列车隧道内等速交会数值计算模型.模拟同样外形的两辆CRH380HL型高速列车以4种车速在隧道内交会时气动作用力的变化过程,得出列车车体内外压力变化规律;运用车体内部瞬变压力计算公式计算车厢内压力,根据车厢内压力大小对乘客乘车舒适性做出评价.     

横风对高速动车组直线运行动力学性能的影响

通过建立高速动车组动力学仿真模型,分析了高速动车组在所受气动升力、侧力和倾覆力矩作用下的运行安全性.以某350 km/h动车组为原型,采用动拖动的编组方式,建立了列车动力学模型.动车转向架采用转臂式轴箱定位结构,二系悬挂由空气弹簧与横向减振器、抗蛇行减振器组成.研究常速横风及阵风对动车组各车的影响.仿真结果表明:横向风对脱轨系数、轮重减载率及轮轨横向力均有很大的影响,尤其是轮重减载率,在所计算的工况下,几乎所有的轮重减载率均超出了标准要求,因此在横向阵风的作用下,动车必须限速运行,否则会有脱轨的危险;另外,阵风对动车组的影响要大于常值侧风,并且横风对头车的影响比其他车辆要大很多.     

车体下吊吊挂方式和弹性悬置质量对车体模态频率的影响

运用有限元软件建立高速列车CRH3承载结构和整备状态有限元模型,并进行了整备状态下试验模态分析.对比分析了车体下吊分别采用弹性连接和刚性连接时车体模态频率的变化,以及整备状态下不同计算方法理论模态频率与试验模态频率.发现当考虑车体弹性悬置质量时车体有限元模型的模态频率计算结果与试验模态频率结果更加接近.