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风沙环境下挡风墙对高速列车气动特性的影响研究
| 论文题名： | 风沙环境下挡风墙对高速列车气动特性的影响研究 |
| 关键词： | 高速列车;气动特性;风沙环境;挡风墙;数值模拟 |
| 摘要： | 集二铁路，自内蒙古乌兰察布集宁至二连浩特，是连接我国到蒙古国和俄罗斯的国际联运干线，也是中国和亚欧大陆桥连接的重要通道。该铁路沿线地理形态复杂多样，勘测施工条件恶劣，大风天气较多，降水量偏小且不均匀，路段遭受沙害影响严重。 本文采用FLUENT流体力学软件，模拟列车在横风无沙、横风有沙以及挡风墙防护下气动性能的变化规律。主要研究内容包括如下几部分：（1）建立简化的三编组动车组几何模型，设置合适的计算域尺寸，并划分质量良好的网格；（2）建立风沙流计算模型，并设置边界条件以模拟列车气动特性；（3）通过改变车辆运行速度和横风速度分别模拟车辆在横风无沙和横风有沙环境下列车的气动特性；（4）为了降低横风作用下列车发生倾覆的可能性，在线路旁加入挡风墙进行防护，并且通过改变挡风墙的高度及位置来对比分析列车气动特性的变化规律，最后模拟双排挡风墙对列车气动特性的影响。 通过仿真模拟计算，结果表明：（1）横风无沙时，横风速度对横向力和倾覆力矩影响较大。车速保持200km/h时，随着横风速度由10m/s变化到25m/s，头车横向力和倾覆力矩分别增长了260.64%和450.16%，而车辆阻力受列车运行速度的影响更为明显。（2）横风有沙时，风沙流增强了气流对列车的撞击作用，增加了列车两侧的压力差从而也使列车所受横向力变大。当横风速度为25m/s时，头车所受横向力同横风无沙时相比增加了10.21%，整车横向力增加了11.88%，同样列车运行速度的增加使列车阻力的增势较为明显。（3）设置了挡风墙之后，头车所受横向力与无挡风墙时相比减小了91.22%，整车倾覆力矩同无挡风墙时相比减小了111.95%，体现出了挡风墙对列车横风效应的改善。并且在改变挡风墙的高度以及位置时发现，挡风墙高度选取3.8m时，对列车气动特性有更好的改善。例如：挡风墙高度由3.0m变化到3.8m，头车横向力减小了18.95%，整车倾覆力矩减小了12.33%；挡风墙中心距轨道中心距离选取4.7m时，列车气动特性有积极影响。而通过对双排挡风墙的模拟发现，双排挡风墙对列车气动特性的改善并不是很理想。 |
| 作者： | 王晓圣 |
| 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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