隨著高速鐵路的迅速發(fā)展和運(yùn)行速度的不斷提高,高速列車空氣動力學(xué)性能和運(yùn)行安全性日益成為不可忽視的焦點問題。我國幅員遼闊、氣候復(fù)雜多變,高速列車運(yùn)行時容易遭遇諸如強(qiáng)風(fēng)雨等惡劣天氣,氣動特性和安全性變差。因此,研究強(qiáng)風(fēng)雨環(huán)境下高速列車氣動特性及運(yùn)行安全性具有十分重要的意義。本文開展了降雨環(huán)境下的多相流計算,驗證了歐拉-拉格朗日方法的準(zhǔn)確性,基于此方法研究了列車前端和迎風(fēng)側(cè)計算區(qū)域長度的合理取值;驗證了無風(fēng)和強(qiáng)風(fēng)下高速列車空氣動力學(xué)模型的準(zhǔn)確性;分別建立了降雨環(huán)境和風(fēng)雨環(huán)境下的高速列車空氣動力學(xué)模型,分析了降雨環(huán)境下不同車速、不同降雨強(qiáng)度下的列車氣動特性,及風(fēng)雨環(huán)境下不同側(cè)偏角、不同降雨強(qiáng)度和不同合成風(fēng)速下的列車氣動特性,給出了氣動載荷系數(shù)與側(cè)偏角、降雨強(qiáng)度、合成風(fēng)速的擬合關(guān)系式;建立了高速列車的系統(tǒng)動力學(xué)模型,研究了不同降雨強(qiáng)度對高速列車運(yùn)行安全域的影響。研究結(jié)果表明,列車前端和迎風(fēng)側(cè)計算區(qū)域長度應(yīng)達(dá)到雨滴運(yùn)動水平距離的1.5倍以上;降雨環(huán)境下,相對于無雨時,在車速為200 km/h、降雨強(qiáng)度為500 mm/h情況下,頭車阻力系數(shù)最高增大13.59%,尾車升力系數(shù)最高增大12.7%;風(fēng)雨環(huán)... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

列車簡化模型

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文18逸而終止雨滴運(yùn)動軌跡的計算；計算區(qū)域底面設(shè)置為trap捕集邊界，認(rèn)為雨滴在地面處被捕集而終止雨滴運(yùn)動軌跡的計算。圖3.3計算區(qū)域和邊界條件圖3.4為列車表面和附近周圍網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格，全局最大尺寸為4000mm，列車表面最大尺寸為80mm，拉伸6層邊界層。采用標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型計算，此模型計算量適中，適用于初始迭代，具有比較高的精度，在高速列車的空氣動力學(xué)計算中應(yīng)用廣泛。采用壓力求解器求解流動方程，采用SIMPLE（Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquations）算法求解壓力與速度的耦合，采用最小二乘單元法和二階格式分別求解梯度和壓力方程，采用二階迎風(fēng)格式處理動量、湍流動能和耗散率方程。(a)表面網(wǎng)格(b)周圍網(wǎng)格圖3.4網(wǎng)格劃分3.5.2迎風(fēng)側(cè)長度首先，取L為400m，也就是總長為700m的計算區(qū)域進(jìn)行計算。圖3.5為不同車速和降雨強(qiáng)度下的雨滴軌跡�？梢钥闯�，降雨強(qiáng)度為100mm/h時，車速在300km/h、350km/h時，雨滴已經(jīng)不能完全接觸列車；車速在400km/h時，雨滴無法接觸列車。車速為400km/h時，降雨強(qiáng)度為900mm/h時的雨滴運(yùn)動距離小于降雨強(qiáng)度為100mm/h的雨滴運(yùn)動距離。由此可見，車速越大，雨滴具有越大的水平速度，降雨強(qiáng)度越小，雨滴末速度越小，落地時間越長，水平運(yùn)動距離越長，也越容易脫離列車從而飛出計算區(qū)域。若假設(shè)保證雨滴剛好完全接觸列車的運(yùn)動距離為a，a可以表示為

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文21圖3.7風(fēng)雨環(huán)境下的計算區(qū)域3.6本章小結(jié)本章介紹了高速列車在風(fēng)雨環(huán)境中運(yùn)行時的數(shù)值計算方法。首先介紹了風(fēng)雨條件的選取依據(jù)，并給出描述側(cè)風(fēng)和雨滴的物理參數(shù)；其次通過對比機(jī)翼氣動升力系數(shù)的數(shù)值仿真和風(fēng)洞實驗結(jié)果，驗證模擬雨滴的數(shù)值計算方法的準(zhǔn)確性和合理性；最后給出高速列車氣動載荷系數(shù)的計算公式，運(yùn)用歐拉-拉格朗日方法構(gòu)建高速列車多相流模型，探索數(shù)值模擬降雨和風(fēng)雨環(huán)境時的計算區(qū)域大小的合理取值。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]青藏鐵路大風(fēng)監(jiān)測預(yù)警與行車指揮系統(tǒng)研究[D]. 許平.中南大學(xué) 2009

碩士論文
[1]風(fēng)雨耦合作用對高速列車運(yùn)行安全性影響[D]. 孫自豹.大連交通大學(xué) 2018
[2]不同運(yùn)行環(huán)境下高速列車氣動性能研究[D]. 王政.西南交通大學(xué) 2018
[3]風(fēng)雨聯(lián)合作用下大跨鋼桁拱橋橋上地鐵交通行車安全性研究[D]. 司天文.西南交通大學(xué) 2016
[4]風(fēng)雨與沙塵暴環(huán)境下列車運(yùn)行安全性研究[D]. 倪守隆.大連交通大學(xué) 2015
[5]風(fēng)雨聯(lián)合對高速運(yùn)動客車動力作用數(shù)值模擬[D]. 李軍產(chǎn).中南大學(xué) 2012
[6]高速列車在強(qiáng)側(cè)風(fēng)及強(qiáng)降雨天氣下的氣動特性和行車安全[D]. 萬軍.浙江大學(xué) 2012
[7]低層房屋風(fēng)雨作用效應(yīng)的數(shù)值研究[D]. 吳小平.浙江大學(xué) 2008



本文編號：3577669