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线间距对高速列车通过隧道时的气动特性影响研究
| 论文题名： | 线间距对高速列车通过隧道时的气动特性影响研究 |
| 关键词： | 高速列车;隧道气动力学;线间距;交会压力波;数值模拟 |
| 摘要： | 我国是个多山的国家，山区的高速铁路建设规模宏大，设计或预留速度高，长大及特长隧道数量多。在高速列车不断提速的过程中，评价和减缓列车隧道气动效应已成为发展高速铁路的关键技术之一。研究高速列车隧道压力波及气动力，对于列车最高运行速度、运营能耗、隧道通过能力及稳定性等问题有着重要的意义。 本文采用三维、非定常、可压缩流动的雷诺平均N-S方程和SST k-ω两方程湍流流动模型，壁面处理方法选用高y+处理，通过STAR-CCM+中的重叠网格法(overset)模拟列车与隧道、列车与列车之间的相对运动，分别通过隧道压力波实车试验和风洞试验的验证，得到了正确模拟列车外部流动合理经济的网格划分方法，验证了基于CFD软件选择的湍流模型、网格划分和三维计算方法的可靠性。 本文以净空面积100m2的高速铁路隧道与CR400BF型动车组为研究对象，研究了250km/h、350km/h、400km/h三种速度，4.6m、4.8m、5.0m三种线间距对高速列车交会隧道压力波及“头波”压力的影响，还对速度、线间距与交会气动力的关系进行了分析。主要形成了以下结论: (1)在列车交会过程中，列车车身（车厢及风挡）交会侧位置最大压力峰峰值以及“头波”压力幅值均随着线间距的减小而增大。 (2)在350km/h时，各车厢中头车交会侧最大压力峰峰值最大。线间距4.8m时的头车最大压力峰峰比线间距5.0m增大3.27％，线间距4.6m时的最大压力峰峰值比线间距4.8m增大4.06％。 (3)在350km/h时，各车厢的“头波”幅值相近，线间距4.8m时的“头波”幅值比线间距5.0m大6.81％左右，线间距4.6m时的“头波”幅值比线间距4.8m大8.12％左右。 (4)同一速度下，线间距越小，阻力的最大值和最小值均逐渐增大，头头交会时列车受到的负侧向力（排斥力）峰值越大，头尾交会时列车受到的正侧向力（吸引力）峰值越大。整个交会过程，列车始终受到下压力，同一速度下，线间距越小，头头交会时列车受到下压力峰值越小，头尾交会时列车受到下压力峰值越大。 (5)列车交会过程中，车身交会侧最大压力峰峰值以及“头波”幅值均随着速度增大而增大，且速度对压力值的影响要大于线间距的影响。 (6)对不同速度、不同线间距下列车“头波”幅值、交会气动力最值均进行了公式拟合，公式表明列车“头波”幅值、交会气动力最值与速度的平方成正比，与线间距成指数关系。 |
| 作者： | 段修平 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 梅元贵;者建武 |
| 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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