高速列车隧道会车压力波动问题

高速列车在隧道内会车有可能使列车侧壁上作用比明线会车时大得多的压力波动,原因是隧道入口压力波在隧道内来回传递并与会车形成的压力波叠加在一起形成复杂波系。列车上压力波如何变化,与隧道入口压力波有什么关系,可能达到多大的压力波极值,与会车速度是什么关系,这些一直是未能弄清楚的问题。通过计算流体力学三维数值分析,仿真计算列车在隧道内会车的动态过程,证明入口压力波效应与会车压力波效应的叠加关系,获得隧道内压力波在运动列车上的变化规律,得到隧道内可能的最大负压峰值计算式及其与会车速度的关系式,可为高速铁路隧道和高速列车气动设计提供参考。     

高速列车会车压力波对侧窗的影响

高速列车会车时产生的空气压力波动会给交会车辆的侧窗造成很大的冲击,有可能出现破窗事故,给乘客和列车运行带来安全隐患。以三维、非稳态、粘性雷诺时均方程和k-ε两方程紊流模型为基础,采用移动网格的有限体积数值计算方法,仿真分析5种车速(200km/h、250km/h、300km/h、350km/h、400km/h)条件下明线和长隧道内等速会车的动态过程。得到侧窗上完整的会车压力波变化曲线。计算结果表明,明线会车与长隧道内会车产生的压力波对列车侧窗的影响有很大的不同,长隧道内会车时在交会车辆侧窗上产生的气动负压波峰值比明线会车时产生的负压波峰值要大将近一倍,因此不能将明线上会车压力波变化结论外推到隧道内会车情况。以计算结果为基础,分析会车引起破窗的原因和评价侧窗强度的方法。在进行高速列车侧窗设计时,不但要考虑窗玻璃本身的抗冲击强度,还必须考虑列车侧窗的安装强度。相同面积的侧窗,周长大的车窗更有利。     

普通快速列车与动车组明线交会压力波特性分析

普通快速列车和动车组由于运行速度和车型的差异,在交会过程中产生的交会压力波与相同车型和车速的动车组交会压力波存在差异,且会车压力波会给交会的普通快速列车和动车组的舒适性和安全性等造成很大的影响,尤其是普通快速列车在以前少有设计的气密性和气密强度等问题都倘未探明,存在潜在风险。基于三维瞬态、非定常的RNG模型,使用计算流体力学软件FLUENT,对普通快速列车时速为140km与动车组时速为250km明线交会时的气动性能进行数值仿真计算。计算结果表明:普通快速列车和动车组交会侧的测点压力在交会过程中会受到两次较大的压力波峰到波谷(或波谷到波峰)的突变;普通快速列车交会侧表面的压力波幅值最大值发生在与动车组鼻尖等高的机车Ⅰ位端司机室与辅助室过渡处;动车组交会侧表面的压力波幅值最大值发生在与普通快速列车底部等高的头车肩部位置;在会车过程中,普通快速列车较动车组受到更大的气动压力作用的影响。     

高速列车会车横向冲击的半主动控制研究

铁路高速化使得车辆在行驶过程中受到的气动冲击加剧,严重影响车辆的乘坐舒适性。为了改善高速列车乘坐的舒适性,研究了高速列车会车横向冲击的半主动控制方法。建立车辆系统动力学模型,分析会车振动的传递特性和天棚阻尼控制方法的局限性,针对会车横向振动特性提出会车横向冲击半主动控制方法,对车辆气动冲击进行控制。利用计算机仿真方法验证会车控制的效果。结果显示,控制后由会车气动冲击引起的车辆横向振动平均减幅达到35%～45%。     

高速列车隧道会车时气动载荷的研究

由于高速列车气动载荷是隧道会车时列车行车安全的重要因素之一,而其在实车试验中又难以测量,提出采用基于计算流体力学的数值模拟方法。通过空气动力学仿真获取列车的表面压力分布,对列车压力和粘性力积分合成,得到列车的气动载荷,即阻力、侧向力、升力、侧滚力矩、点头力矩和摇头力矩。全面分析了气动载荷的构成和变化特点,及其在不同速度下的变化特性。结果表明,列车隧道会车时,气动载荷主要是由压力构成;列车在隧道会车时气动载荷出现剧烈波动;气动载荷的幅值与速度呈二次函数的变化规律。研究结果可为列车系统动力学分析提供气动载荷依据。     

高速列车单车通过隧道压力波的研究

采用计算流体力学的数值计算方法对基于三维、瞬态、可压缩Navier-Stokes方程和κ-ε两方程紊流模型进行求解,模拟高速列车单车通过隧道时列车外流场的特性,分析高速列车单车通过隧道的压力波特性及阻力变化规律。结果表明列车单车通过隧道的压力波最小负压值与速度为二次函数的关系,列车阻力主要由压差阻力构成。研究结果可为解决隧道空气动力学问题提供参考依据。     

高速列车通过隧道时的压力波动问题

高速列车通过隧道时将会在隧道内引起相当复杂的气体压力波动,这是由于列车进入隧道时在隧道入口产生的压力波在隧道内来回传递并与列车经过时的气体压力扰动相互叠加的结果。从车体强度设计和列车运行安全性角度考虑,希望了解隧道内可能的最大气体正、负压力大小及其发生位置;气体压力波动与列车运行速度的关系。通过流体力学方程三维动态数值计算,仿真分析列车高速通过隧道的过程。计算结果证明了入口压力波效应与列车经过的扰动效应的叠加关系,得到列车通过时隧道内最大正压和最大负压发生的可能位置,以及最大正压值与最大负压值与车速间的关系式。可为高速铁路隧道和高速列车设计提供参考。     

车辆会车过程的瞬态气动特性研究

应用商用 CFD软件提供的动网格技术,对标准MIRJ模型汽车会车过程的瞬态空气动力特性进行了数值模拟,研究了套车过程中的车辆瞬态空气动力特性,结果表明:对汽车进行瞬态空气动力学数值模拟是可行的,会车过程中两车气动力系数有显著变化,其变化幅度呈类似于正弦函数图像形式的变化趋势,会车时的空气动力作用,对汽车操作稳定性有重大影响.     

换气风机对高速列车内部压力波动的影响分析

为分析换气风机对高速空调列车车外压力波的抑制作用,采用数值计算的方法,仿真分析了两种换气风机(定速风机与变频风机)在不同运行工况下对外界气体压力波动的抑制,得到了不同车速下车内压力变化情况,利用我国最近制订的《高速电动车组整车试验规范(报批稿)》对车内压力做了评价。计算结果表明:在各种压力波动工况下,变频风机抑制外界压力波动的效果均优于定速风机。     

基于PLC的高速列车压力保护阀检测系统的研制

研制应用于高速列车上的压力保护阀需要开发一个检测系统来提供压力保护阀的气压环境并能检测其工作状态.以可编程控制器(PLC)、触摸屏、空压机、减压阀、气路电磁阀、节流阀和压力变送器等为平台,通过检测有关测点的压力值,根据制定的运行策略自动控制空压机和气路电磁阀的运行状态,调节节流阀的开度,可以产生200 Pa/s的气压变化.实现压力保护阀状态的检测和数据分析.     

真空管道高速列车气动特性分析

为研究低压环境下真空管道高速列车的气动特性,建立低压环境下真空管道高速列车空气动力学计算的流体模型、数学模型和数值模型,研究管道压力(1.01×103～1.01×104 Pa)、阻塞比(0.2～0.7)和列车速度(600～1 000 km/h)对真空管道高速列车的阻力系数、气动阻力和气动热效应的影响。计算结果表明,在低压(1.01×103～1.01×104 Pa)环境下,真空管道中的空气流动可以采用连续介质模型描述,真空管道高速列车的绕流流场采用三维可压缩Navier-Stokes方程描述。高速列车的摩擦阻力系数远小于压差阻力系数,压差阻力系数和气动阻力系数基本上与管道压力和列车速度无关,而主要依赖于阻塞比。高速列车的气动阻力与管道压力近似呈线性关系,与列车速度近似成平方关系,且随着阻塞比的增加而增大。列车表面的最大温度基本上与管道压力无关,而主要由列车速度和阻塞比决定。     

快速气-液增压缸的原理、设计与应用

介绍了快速气-液增压缸的工作原理、结构特点,着重阐述了快速气-液增压缸的设计过程,并介绍其应用范围.该快速气-液增压缸结合了气动、液压两方面的优点,具有广阔的应用空间.     

基于一维流动模型的高速列车隧道压力波特性

高速列车通过隧道过程中引起隧道内压力的剧烈波动,会诱发车内压力波动并可能引起车体疲劳破坏等问题。而研究此类问题的基础在于快速准确预测隧道压力波。基于一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对单车通过隧道和两列车隧道内交会进行数值模拟。选取京沪高速铁路隧道为研究对象,通过全时间区域下隧道空间中的压力传播的过程图描述压力波的形成过程,给出隧道内交会压力波比单车通过隧道的压力波剧烈的原因,研究列车速度和阻塞比对车外最大压力值和最小压力值的影响特性。结果表明,高速列车通过京沪高铁典型长度隧道时,其车体表面承受的最大压力波动基本与车速的平方成正比,而其与阻塞比基本呈线性关系。     

高速列车轮对磨耗统计规律及预测模型

为研究我国高速列车轮对踏面磨耗规律,对某线路服役高速动车组进行跟踪测试,记录其镟轮周期内的踏面磨耗量,并基于对磨耗统计特征的两次拟合提出轮对型面磨耗预测函数模型。对某高速线路实测型面磨耗量进行拟合,分别得到各走行里程下磨耗量关于型面位置的拟合函数;并进一步对各走行里程下的拟合函数系数进行二次拟合,得到磨耗量关于型面位置及走行里程的二元预测函数。在模型的预测精度与适用性验证时,对比相同走行里程下预测型面和实测型面在轮轨接触几何关系与车辆各关键部件加速度响应两方面结果。对比结果显示,提出的磨耗预测模型在轮轨接触点、等效锥度、轮轨作用力及车辆安全性等各方面均与线路实测结果具有很好的一致性。     

新型高速轨道列车生态设计研究

高速轨道列车生态设计体现了新的设计理念,以及人与自然的和谐进步。从生态设计概念出发,介绍了高速列车生态设计的主要内容及采取的相应措施,保持设计的环保、循环再生性,体现出列车、人和自然的和谐发展。     

涡街流量传感器动态压力场分布特性

利用数值计算的方法,实现对涡街流量传感器中压力场动态分布特性的研究。数值计算采用湍流理论中的k- 模型并结合CFD技术进行,以SIMPLE算法解离散控制方程。数值计算得到的旋涡脱落频率与试验结果相近,误差不超过7%,证明数值计算方法的有效性,并在此基础上通过对涡街流场中压力场分布特点的分析,给出检测旋涡信号的最佳区域。从分析旋涡在流场中动态变化过程入手,深入探讨引发压力场变化规律的流场内部机理。     

车窗开闭状态对双层列车车厢内火灾烟气特性的影响

车窗开闭状态对列车火灾影响较大,而在现有研究中,对双层列车火灾烟气特性研究较少。基于计算流体动力学理论(Computational dynamics theory, CFD),建立双层列车单节车厢的火灾数值计算模型,采用大涡模拟方法(Large eddy simulation,LES)对车内流场进行数值模拟。在火源位置、火源功率以及列车运行速度等参数不变的条件下,研究不同位置车窗的开闭状态对双层列车上下两层车厢内烟气特性的影响。结果表明,打开不同位置的车窗对车厢内烟气特性影响较大;打开火源前方的车窗使双层列车整节车厢的烟气层高度升高、CO浓度降低、烟气温度下降,车厢内烟气向有利于乘客逃生的方向发展;打开火源后方的车窗只降低车厢后部区域CO浓度和烟气温度,烟气层高度升高。根据研究结果,为双层列车逃生疏散设计提供参考。