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高速列车气动特性及环境影响研究
| 论文题名： | 高速列车气动特性及环境影响研究 |
| 关键词： | 高速列车;气动特性;数值模拟;稳态侧风;明线会车;隧道会车;轨旁安全域 |
| 摘要： | 当今世界，“安全、舒适、环保、快速”是铁路发展的主题。随着列车运营速度提高，系统运输效率得到提升，市民出行耗时更少，但与此同时，高速列车与环境的相互作用更加复杂和剧烈。这种相互作用不仅对列车本身运行的安全性提出了更高要求，更对周边环境提出了更大挑战。为了适应高速列车更安全、更舒适、更环保、更快速的发展要求，本文以数值模拟为研究方法，对高速列车在侧风、会车等条件下的气动特性以及高速行驶时对周围环境的影响进行了深入研究，主要工作如下: (1)介绍了计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)的流动控制方程与数值计算方法，分析与比较了几类常用湍流模型对高速列车流场数值模拟结果的影响，确定了SST k-ω模型为本次研究中的湍流模型。 (2)以某CRH3型高速列车为例，建立了侧风-单车模型;以风洞模拟方式，对单列车在横向风中的气动特性进行了研究，得到了不同速度（200km/h～400km/h）、不同风速（0m/s～40m/s）下各节车厢各项气动系数的变化规律。 (3)建立了侧风-会车模型，采用动网格技术，对相同列车在明线等速交会的过程进行了模拟，得到了不同交会速度(250km/h～450km/h)、不同风速(0m/s～40m/s)下各节车厢相关气动系数的变化规律，重点分析了列车迎风面及背风面在横向风会车过程中的气动特性变化，并指出了无风等速会车时，列车附近空间流场及车身表面压力的变化具有一定的相似性。 (4)建立了隧道-会车模型，采用动网格技术，对相同列车在隧道中等速交会的过程进行了模拟，得到了不同交会速度（300km/h～400km/h）下各节车厢相关气动系数及隧道壁面压力的变化规律，通过马赫波传播理论重点分析了会车过程中头车阻力、尾车阻力以及隧道壁面压力的变化规律，并指出了隧道等速会车时列车附近空间流场及车身表面压力的变化具有一定的相似性，但空间流场结构不具有几何中心对称性。 (5)建立了无风-单车对称模型，采用动网格技术，对单列车在明线运行的过程进行了模拟，得到了不同行驶车速(350km/h～500km/h)下列车风速度的变化规律，重点分析了列车风速度在不同车速下大小和方向的变化规律，提出了两种安全域判定方法，并根据两种安全域指标划分了不同车速下轨旁安全域的范围，确定了车速与安全界限的幂函数关系，最后给出了不同车速下轨旁护栏设置距离的建议值。 |
| 作者： | 周鹏 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 曹从咏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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