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风沙环境下高速列车设备舱流动特性数值模拟研究
| 论文题名： | 风沙环境下高速列车设备舱流动特性数值模拟研究 |
| 关键词： | 高速列车;设备舱;风沙环境;气固两相流;湍流流动;计算流体力学 |
| 摘要： | 风沙环境下列车空气动力学问题已经成为影响高速铁路发展的重要因素之一，我国西部乃至世界各地均存在强风沙环境下发展高速铁路的情况。兰新铁路第二双线是我国铁路受风沙影响最为严重的区域。恶劣的环境会导致严重影响设备性能和安全的问题如电气设备的元器件损坏、绝缘材料性能退化。这种环境下，对高速列车设备舱通风性能要求有着更高的要求，因此针对设备舱通风及流动特性的研究具有十分重要的意义。 首先，论文前期工作以与长春轨道客车有限公司的合作项目“CRH5H型高寒抗风沙动车组设备舱通风除尘装置性能及改进”为背景，深化和继续探究了设备舱流动特性。采用计算流体力学（CFD）技术，对列车设备舱进行建模并与CRH5G型动车组互相耦合，完成了从设备舱内到列车外的耦合流动分析。 其次，研究风沙环境下列车设备舱的的流动特性，从流体力学的基本理论出发，介绍了气固两相流的研究方法及国内外对风沙流、列车设备舱及通风格栅的研究现状。气固两相流在列车车体及设备舱内外流动属于复杂的湍流流动，气相流动的模拟采用k-ωSST湍流模型，固相采用欧拉-拉格朗日坐标系下的离散颗粒轨道模型。 再次，通过对气固两相圆柱绕流、V-V型格栅、半圆管过滤器的验证，确定并验证通过了计算方法。计算分析了CRH5G型动车组在风沙环境下稳态运行以及在横风下运行的设备舱内外流动特性，头车设备舱速度场及压力场的分布特性，展示了速度矢量图、速度卷积分图、压力云图，设备舱内外流线分布图及设备舱内外固相粒子运动撞击及颗粒轨迹变化特征等，阐明了路基、铁轨、列车底部、设备舱附近及列车前后的沙粒沉积特点。 最后，重点阐述稳态下不同位置（头车、中间车、尾车）、不同车速的设备舱两侧的压力及入流速度分布特性，风沙环境下设备舱迎风侧及背风侧的压力、入流流出速度特性。最后分析了地面效应及不同风速对设备舱内外入流速度的影响。稳态环境下列车运行设备舱入流速度幅值范围为0～3m/s，40m/s横风环境下入流速度幅值范围为7～15m/s，考虑大气边界层时速度再下降2～4m/s。研究方法和结论渴望为后续的研究和工作提供有益的参考。 |
| 作者： | 高琛光 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 梅元贵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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