原文传递
基于风洞试验和CFD仿真高速铁路有砟轨道空气动力学特性分析
| 论文题名： | 基于风洞试验和CFD仿真高速铁路有砟轨道空气动力学特性分析 |
| 关键词： | 高速铁路;有砟轨道;空气动力学;飞砟现象;风洞试验;计算流体力学 |
| 摘要： | 高速铁路有砟轨道飞砟现象是制约有砟轨道发展的重要原因。飞砟问题不仅制约车速的进一步提高，还会损坏道床和车体结构，危及行车安全，目前对飞砟问题的研究不够全面深入。针对高速铁路飞砟问题，本论文采用风洞试验和CFD数值仿真方法，对道床表面流场特性、列车底部绕流特性、道砟颗粒风动特性以及道床结构对飞砟影响等进行深入研究。 根据有砟道床结构和特级道砟规范，设计加工1∶1半结构道床模型，筛选标准级配道砟、小粒径道砟和低密度道砟，开展风洞试验测试道床表面风压和飞砟影响因素，并且建立有砟道床数值模型，采用能够精确模拟近壁面自由流动和约束流动的k-ω SST湍流模型，对风洞试验结果进行仿真验证与补充。试验和仿真结果表明:在均匀来流条件下，道床中心风压较大，风速较高，但相对平稳;轨枕槽内风压沿来流方向存在负压变为正压的过程;钢轨附近风压和风速波动较大，两侧轨枕槽内存在空腔涡流。降低砟肩堆高和道床顶面位置，可明显降低飞砟几率。在风荷载作用下，小粒径道砟相较于普通道砟，轨枕表面道砟相较于轨枕槽内道砟，更易发生移动;轻质道砟容易受到涡旋影响，移动所需风速也更低。在道床表面喷涂道砟胶具有良好的防飞砟效果。 为准确模拟列车高速行驶时车体周围尤其是道床表面流场特性，基于Realizable k-ε湍流模型，采用滑移网格技术，建立CRH3型高速列车及不同形式有砟道床模型，对单车明线工况下列车绕流特性和道床空气动力学特性进行了分析，结果表明: 1、车头、车尾和转向架区域，风速和风压在都出现不同程度的波动，发生飞砟几率较高。车头位置存在正负压的急剧变化，中部区域风速与风压波动较小，靠近车体的尾流区存在低速涡流区域，列车经过后道床表面承受较大正压。 2、列车速度是影响飞砟的关键因素。随着车速增加，风压峰值随之变大，中间波动也变大，列车时速在250 km/h以上时，车速每增加100 km/h，风压峰值增加约一倍，飞砟几率明显增加。 3、道床结构形式也是影响飞砟的重要因素。砟肩堆高越高，越靠近列车底部，越容易受到列车风影响，所受风压越大;平肩式较尖肩式砟肩风压波动大，负压值大，从防飞砟角度考虑，尖肩式效果更好;降低道床顶面位置并不能改善道床表面风场特性，但可显著减少道砟颗粒滚落到轨枕表面概率。 |
| 作者： | 丁东 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 井国庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
