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风沙环境下高速列车气动效应研究
| 论文题名： | 风沙环境下高速列车气动效应研究 |
| 关键词： | 高速列车;风沙环境;气动效应;圆柱绕流;限流器 |
| 摘要： | 随着高速列车运营速度地不断提高，其空气动力学效应愈加显著。我国西北部地区存在强风沙环境下发展高速铁路的情况，而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，当地携沙大风天气严重影响了高速列车平稳运行的安全性能。所以探究风沙环境下高速列车的气动效应具有十分重要的理论与现实意义。 论文以空气动力学的理论知识为指导，研究风沙环境下动车组的流动特性，分析了高寒抗风沙动车组的气动效应。首先，介绍了国内外专家学者针对大风环境及风沙雨雪等恶劣天气对列车气动特性影响的研究现状，同时也简述了学者们探究气固两相流对材料表面冲蚀效应的研究方法。 其次，高速动车组在开阔明线区域行驶时，流场中列车车体周围的流动可以看作典型的湍流运动。因此，先选取SSTκ-ω湍流模型模拟气相的流动特性，再选用拉格朗日坐标系下的离散颗粒轨道模型对固相的复杂运动进行追踪分析。接着，利用计算流体力学(CFD)技术，针对兰新铁路第二双线独特的运营环境，设计线路服役的CRH5G型动车组的网格模型，为合理地分析高速动车组在稳态无自然风及横风两种环境下运行的气动效应影响打下坚实的基础。 再次，验证了气固两相圆柱绕流及限流器颗粒侵蚀两套模型，比对了参考文献与数值模拟的结果并分析得出结论一致，确定论文的数值模拟计算方法。对计算流场中的边界条件以及气固两相的初始条件进行赋值，针对CRH5G型动车组在明线无自然风环境以及横风环境下运行进行数值仿真，并展示出无沙及含沙情况下的列车周围的速度矢量图、速度卷积分图以及压力云图等气动特性。探讨了CRH5G型动车组在明线无自然风环境以及横风沙环境下的气动力变化:分别对比了四种入射沙粒浓度、三种沙粒直径及三种列车速度共20种工况的仿真数据，归纳出列车气动力数值的变化规律。此外，还分析了沙粒对于列车表面的侵蚀效应:展示了沙粒在列车周围的运动轨迹，分析出沙粒对列车表面侵蚀的相对位置，估算出列车表面的总体侵蚀率。研究方法和结论渴望为风沙环境下高速列车的气动性能提供有益的参考。 |
| 作者： | 李陶 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 周朝晖;黄文杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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