地铁列车车头的紊态外流场数值仿真研究

基于结构动力学和空气动力学理论,以三维不可压缩黏性流体的Navier-stokes方程和k-ε双方程紊流模型为基础,推导建立了地铁列车车头的空气动力学模型.对具有流线型头部形状的地铁B型列车以及通过变化流线型头部纵剖面或流线型头部长度设计出的3种新型列车车头的周围流场进行数值仿真.分析了地铁车辆在隧道中运行的动力学特性、气动特性、压力分布及其阻力系数,优化了车头流线型造型,达到了既减小车头气动阻力又使车头美观大方的目的.     

基于CFX的地铁车头外流场数值模拟

提出了地铁列车车头外流场的计算模型,并运用列车空气动力学原理借助流体分析软件CFX对计算模型进行了仿真计算,根据计算结果分析比较了各模型的外流场、压力场的分布,得出了具有良好气动性能的车头外形设计参数,为地铁列车外形设计提供了理论基础。     

隧道中列车头部空气阻力的简化计算

针对具有一定细长比的流线型高速列车车头,本文建立了其在进道中行驶时的高程摩阻损失和局部摩阻损失的简化计算公式,在此基础上,给出了遂道中列车头部空气阻力的简化计算方法。本文结论可为车头选型提供参考并为遂道中列车空气阻力的计算提供依据。     

不同风向角下一节半编组替代三车编组的风洞可行性研究（英文）

首先,在风洞中采用1:16.8的模型研究了不同风向角对市域动车组气动性能的影响;其次,采用压力扫描阀和六分度天平对1.5节和3节列车编组的市域动车组模型的头车车体压力分布和气动性能进行了测试;最后,分析了风向角对列车流线型头部压力分布和列车气动力的影响。实验结果表明：压力系数在主型线斜率最大处最小。当风向角为55°时,横风对车头横截面的侧向力系数和压力系数影响最大。在风洞实验中,若风向角在24.2°内,用1.5节车编组代替3节车编组有明显的空间优势。此外,升力系数C_L、横摇力矩系数C_Mx、侧向力系数C_S和阻力系数C_D的相对误差均在5.95%以内,实验精度满足要求。     

高速列车车头曲面脉动压力的大涡模拟

为了得出车头曲面脉动压力的分布规律,利用参数变换技术,生成了高速列车车头曲面的四边形贴体网格,进而生成了高速列车头部流场的六面体网格.对车头流线型曲面的脉动压力进行了大涡模拟,得出了脉动压力的分布特性:在流场中某点处产生的压力主要影响该处本地,而对其余点的影响作用则随着距离的增加而迅速减弱;脉动压力的频带很宽,无明显的主频率.各点脉动压力的频谱在低频时幅值较大,随着频率升高,幅值以负指数规律持续下降.脉动压力1/3倍频程频谱的主要能量集中在20～500 Hz频率范围内,随着列车运行速度提高,频谱的主要能量范围有向高频移动的趋势.     

川藏铁路线路坡度对动车组隧道通过气动性能的影响

为研究川藏铁路线路坡度对长大隧道内运行动车组气动性能的影响,采用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,对列车通过不同坡度的长大隧道气动性能进行数值计算,分析了线路坡度对列车通过隧道时气动阻力及压力波的影响.研究结果表明:上坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈减小趋势;下坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈增大趋势;列车上坡通过隧道时平均阻力明显大于相同坡度下坡时的平均阻力;上坡通过隧道时气动阻力最小值出现在列车车头驶入隧道时刻,气动阻力最大值出现在车尾驶入隧道诱发的膨胀波传至车头时刻;平直坡道通过隧道的列车气动阻力在一定时间段维持恒定,而上下坡通过隧道的列车气动阻力达到最大值后一直呈减小趋势.     

风洞试验中不同厚度挡风墙合理长度的数值研究（英文）

在风洞中,挡风墙的特性对列车的空气动力学特性有重要影响。利用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法和剪切应力传输(SST)k-ω湍流模型,研究了不同挡风墙厚度下列车气动特性随挡风墙长度的变化。风洞试验结果用于侧滑角为30°时的验证。当挡风墙超过一定长度时,列车的空气动力载荷没有显著变化,可以认为达到了临界长度。通过拟合列车空气动力学系数与挡风墙长度之间的关系,确定了挡风墙的临界长度。挡风墙厚度与临界长度之间的关系满足二次函数y=-57.106x²+10.85x+28.822。当挡风墙厚度大于0.5 m(全尺寸)时,可通过将风洞试验中挡风墙的厚度代入上述函数来获得临界长度,以研究列车的空气动力学特性。     

高速流线型车辆稳态下速度风噪声源数值分析

利用流体数值模拟方法,分析了流线型高速车辆在稳态下的压力速度耦合分布,以及在空气动力学特征下的噪声源分布及强度.对计算结果进行分析,讨论了车体表面不同部位气动噪声源产生的原因,以主动式设计方法解决气动噪声问题,控制环境噪声污染.     

高速列车受电弓空气动力学对弓网受流的影响

为了研究高速列车弓网受流特性,考虑受电弓平均稳态与非稳态气动力影响,基于受电弓的非稳态空气动力学模型,采用均匀来流假设,运用计算流体力学(CFD)方法得到受电弓各部件的气动升阻力.将非稳态气动力时间平均,得到平均稳态气动力,并将具有一定脉动的受电弓非稳态气动力及平均稳态气动力分别加载至弓网动力学模型中,对比了2种气动力加载情形下弓网动力学. 仿真结果表明:在受电弓三质量块模型下,受电弓平均稳态与非稳态空气动力学对弓网受流的影响差别不大.进一步从受电弓非稳态气动力激励的振幅与频率两方面研究了其对弓网受流的影响,当外部激励振幅较大或频率与弓网系统频率接近时,弓网受流特性会受到显著影响.研究结果为将来考虑非均匀来流、横风等复杂气动条件下的弓网受流特性研究提供了基础.     

160km/h地铁列车头型气动阻力优化

采用三维、瞬态、可压缩N-S方程和k-湍流模型及滑移网格技术的数值仿真方法,研究隧道内地铁列车头型几何参数对列车气动阻力的影响规律及气动阻力对头型几何参数的敏感性.对80km/h地铁列车头型进行气动阻力优化,获取160km/h优化模型.结果表明:当阻塞比约为0.45时,隧道气动阻力是明线的3倍;当头型长度L≤5m时,气动阻力与头型长度符合对数关系,综合考虑敏感性与气动阻力,头型长度选择3.0~4.0m较合适;车体横截面积对列车气动阻力的影响较大,且灵敏度很高,可以适当减小横截面积,以降低列车气动阻力;当头型长度L=3m时,考虑气动阻力及敏感性,俯视轮廓线等效长度选为(2.68±0.01)m,纵向轮廓线等效长度选为(2.32±0.005)m较合适.通过参数研究,优化后的列车模型在明线工况下整车气动阻力下降3.7%.     

考虑车网耦合的地铁供电系统潮流计算研究

针对既有地铁牵引供电系统离线潮流计算模型无法有效描述实际地铁线路上多车运行情况时的车网电耦合现象,文章建立地铁供电系统车网在线电耦合仿真模型,分析列车运行时车对牵引网的影响,以及实际系统中多车运行时网压波动对列车牵引性能的影响,提出一种基于HLA的车网耦合仿真架构,并对某实际地铁线路进行车网电耦合仿真。仿真结果表明:与传统的离线潮流计算模型相比,所提出的车网电耦合仿真计算模型能更准确地反映实际牵引网的网压动态变化和潮流分布,以及网压波动对列车运行的影响,而且算法的收敛性好。     

地铁健康监测PCBN模型的参数相关性分析

对城市盾构地铁结构的健康服役和安全可靠性进行评价时,多局限于静态推理,通过构建PCBN （Pair-Copula Bayes Network）网络结构得到评判指标的多元联合概率分布,实现参数相依性的准确识别和高精度重构。基于3种失效模式对盾构地铁结构节点相关性分析及安全状态评价,充分挖掘监测数据的隐藏信息,表征盾构地铁结构的风险状态。以武汉地铁三号线某空推段为工程背景进行PCBN模型建模。结果表明：PCBN模型得出的地铁安全状态与地铁工程中的实际风险信息非常吻合,体现了构建PCBN网络模型的准确性和实用性。     

面向3G和全业务运营的PTN组网策略分析

PTN组网是城域传输网实现3G及全业务统一承载的先进组网模型,目前已成为各大移动运营商建设下一代中小型城域传输网的重要解决方案.文章对面向3G和全业务运营的PTN组网模式分析并提出了不同阶段的组网方案.     

地铁列车荷载的仿真模拟

地铁列车荷载模拟是进一步研究地铁振动的先决条件.针对轨道不平顺法在精度上的不足和车辆/轨道耦合模型在计算上的困难,建立列车荷载简化模型.在Simulink中仿真得到地铁列车荷载变化曲线,通过快速傅里叶变换分析列车荷载的频率成分,从而得到地铁列车荷载的模拟表达式.采用该分析方法所建的模型简单、计算速度快,同时也比不平顺法有更高的可靠性,可以满足一般性研究的需要.     

矿山法开挖近距离下穿越既有线隧道的三维数值模拟

以北京地铁某新建线路的区间隧道下穿越既有线区间隧道工程为背景,在对应力释放率进行合理确定并充分考虑既有线沉降缝和管棚加固区影响的基础上,采用FLAC~(3D)计算方法,对施工开挖过程进行模拟,得出了既有线影响段的沉降,并对该结果进行了分析,为既有线结构的安全性评估、施工过程的控制、监控量测提供了技术支持.     

基于长期沉降运营地铁隧道健康诊断

目的研究上海轨道交通二号线某区间地铁隧道运营期间的健康状况并进行诊断,得出实际运营地铁隧道不同时间不同区段的曲率半径分布规律．方法以盾构隧道的长期沉降为基础,从地铁隧道长期沉降出发,采用非均匀有理B样条法对隧道纵向沉降变形曲线进行拟合,并计算出相应曲率半径;然后通过修正的等效连续化模型,计算出5种临界状态下的隧道曲率半径及其他变形受力指标值．结果上海市地铁该区间隧道绝大部分测点处于《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》的地铁安全运营的要求范围内,即曲率半径不小于15000m;几乎所有测点均满足盾构管片抵抗0．5MPa水压的环缝张开量要求,即曲率半径大于2550m;随着地铁运营时间的增长,隧道曲率半径分布集中的现象有所削弱,说明隧道不均匀沉降状况逐渐加剧;地铁区间中位于车站和中间旁通道之间的区域,曲率半径分布集中,隧道不均匀沉降现象不太明显;靠近车站和中间旁通道附近区域,曲率半径分布相对分散,隧道不均匀沉降现象较为严重．结论系统地对弹性和塑性状态下的隧道纵向等效连续化模型进行了修正,完成了从具体指标上定量地对地铁运营隧道的健康状况进行诊断,对于城市地铁隧道运营监控具有指导意义．     

浅议地铁火灾事故的特点与预防对策

文中详细分析了现代地铁火灾事故的特点，并针对目前地铁设计的某些方面提出了看法。同时对预防事故提出对策。这对地铁安全事故的处理和分析有重要的现实意义。     

一种地铁运营组织与管理的模糊综合评价

分析了地铁运营组织与管理的各项影响因素,经过对影响因素的分析筛选构建起一个评价指标体系;将层次分析法与模糊理论相结合建立起一个地铁运营组织与管理的模糊综合评价模型,并给出了示例验证该模型.