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扰流板对动车组转向架积雪特性影响的模拟研究
| 论文题名： | 扰流板对动车组转向架积雪特性影响的模拟研究 |
| 关键词： | 高速动车组;转向架;风雪两相流;离散相模型;扰流板 |
| 摘要： | 高速列车在低温且有较大风雪的环境下运行时，雪粒会被进入车底的气流所裹挟，从而附着在转向架及其周围车体表面。由于列车运行时设备表面温度相对较高，致使雪粒易受热融化，同时会有新的雪粒不断进入列车底部区域，与设备表面处于熔融状态的雪接触。此过程伴随列车运行不断重复，导致列车转向架雪粒不断累积，最终形成严重的积雪结冰现象，进而造成转向架区域零部件性能受其影响，使用寿命缩短，运行稳定性降低，严重影响列车安全运营以及全体乘客的出行安全。除此之外，转向架区域大量的积雪，对列车的日常维护工作上造成诸多不便和困难。 本文的理论基础为风雪两相流的离散项模型，在非定常不可压缩N-S方程中的RNG型k-ε湍流模型。在此基础上，运用流体力学软件Fluent对高速动车组转向架区域的流场分布情况、雪粒运动轨迹及其黏附情况进行了仿真计算和分析。本文主要研究内容如下：（1）根据目前实际运行在寒冷地区的动车组实车数据，建立基础三维模型，其中动车组分为三编组，且每台转向架单编辑为单独部分;在此过程中，转向架区域保留主体结构，车身根据需求，简化对结果影响极小的部分;（2）利用Ansys中的ICEM模块对全车进行网格划分，并对关键区域进行局部加密，经进一步光顺处理后生成网格，导入Fluent模块准备模拟计算;（3）在Fluent模块中设置相关基础参数、理论方程、边界条件及求解算法，如：入口风速、雪粒参数和相关黏附系数等边界条件，即可进行相关模拟计算;（4）依据模拟计算结果，分析头车、中车、尾车各转向架区域的压力分布、中心平面处流线、积雪浓度分布及黏附颗粒数。（5）改变扰流板的结构，采取与之前完全相同的计算方法，将计算得到结果与原车进行数据对比，分析扰流板结构对转向架区域流场和雪粒附着的影响。 研究结果表明：（1）雪花颗粒的流动特性与转向架区域内的流场呈现很强的相关性，同时流场的分布也影响转向架底部各零部件上的雪花颗粒粘附数量;（2）前置扰流板的高度分别为50mm和100mm时，100mm前置扰流板上并未展现出较好的扰流表现，在压力分布、流线分布和雪花颗粒附着表现上并未有较大优势;（3）前置扰流板的形状分别设计为凹型、凸型、直型和坡型时，与原车型相比，1号转向架区域的雪花颗粒的黏附数分别减少了34.94%、35.05%、18.10%和40.55%，其他转向架区域的雪花颗粒附着数量减少趋势相同。本文的研究成果具有较高的工程实用价值，能够为高速动车组转向架区域防积雪结冰提供理论支持。 |
| 作者： | 倪英翰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 黄宁;石广田;苗兴旺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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