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重载铁路隧道入口段风流场特性及粉尘运移规律数值模拟
| 论文题名： | 重载铁路隧道入口段风流场特性及粉尘运移规律数值模拟 |
| 关键词： | 重载列车;粉尘运移;数值模拟;隧道流场;气固两相流 |
| 摘要： | 重载列车具有运量大、运输速度快、价格便宜等优点，近年来在煤炭铁路运输中占有越来越重要的地位。我国的重载铁路隧道较多，重载列车在通过隧道入口时会由于过流断面的突然变化引起隧道入口段局部气流紊乱，形成活塞风，导致车厢和隧道地面上附着的粉尘大量扬起以及煤炭的掉落，造成资源浪费、粉尘污染等问题，因此，研究隧道入口段重载列车驶入时隧道内风流场特性和粉尘运移规律对采取有效技术措施抑制粉尘飞扬具有重要的理论指导意义。 本文使用SOLIDWORKS构建了重载列车-隧道模型，并基于FLUENT流体力学有限元分析软件对隧道入口附近的流场进行了数值模拟，分析了列车进入隧道的不同距离、不同风向、不同行驶速度对隧道入口附近风流场的影响，在此基础上应用气固两相流模型里的颗粒轨道模型，对列车行驶过程中车厢和地面上的粉尘颗粒轨迹进行了模拟，分析了不同粒径、不同风向和不同行车速度对隧道入口段粉尘运移轨迹和扬尘浓度的影响。完成的主要工作如下： （1）对隧道入口段的压力场和列车表面压力场进行了分析，得出隧道内的压力场具有三维特性，高压区主要集中在车头表面附近，在列车完全进入隧道后，负压区主要出现在车尾几节车厢以及隧道入口处；逆风条件下，高压区和负压区的压力值都会比顺风时大。 （2）对列车周围风流速度场进行了研究，得到了列车周围风速与列车驶入隧道距离以及车速呈正相关关系；逆风时，列车周围的风速流线与顺风时有明显区别，顺风时产生的气流漩涡出现在隧道入口上方区域，逆风条件下则主要出现在隧道入口靠近地面的区域。 （3）模拟了不同粒径、不同风向、不同车速情况下列车驶入隧道过程中的粉尘运移轨迹，得到了粉尘在隧道入口外的运移轨迹与流场流线具有相似性；列车行驶速度的增加会增大粉尘运移的距离和在空间内分布的范围；粒径越小的粉尘更容易受到涡流影响而产生旋转的轨迹；在一定列车行驶距离内，较大的车速或逆风条件下有利于粉尘排出隧道外。 （4）研究了粉尘浓度在空间的分布情况，得出大粒径粉尘受风流影响较小，扬起的高度和浓度更低且沉降速度更快；车速的增大对粉尘运移的影响具有空间特性，在列车进入隧道过程中，粉尘高浓度区主要集中在列车上部，两侧浓度比低车速时低；列车尾流是空间内粉尘浓度升高的主要原因；逆风与顺风相比，车顶上方空间的粉尘浓度更低，但在离地面一定高度的区域内，逆风时粉尘分布范围更大且浓度更高；车厢之间的间隔区产生的风流会使沉降中的粉尘再次扬起。 |
| 作者： | 杨鸿克 |
| 专业： | 安全科学与工程 |
| 导师： | 撒占友;王昊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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