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(chē)空氣動(dòng)力學(xué)性能和運(yùn)行安全性日益成為不可忽視的焦點(diǎn)問(wèn)題。我國(guó)幅員遼闊、氣候復(fù)雜多變,高速列車(chē)運(yùn)行時(shí)容易遭遇諸如強(qiáng)風(fēng)雨等惡劣天氣,氣動(dòng)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(chē)氣動(dòng)特性及運(yùn)行安全性具有十分重要的意義。本文開(kāi)展了降雨環(huán)境下的多相流計(jì)算,驗(yàn)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(chē)前端和迎風(fēng)側(cè)計(jì)算區(qū)域長(zhǎng)度的合理取值;驗(yàn)證了無(wú)風(fēng)和強(qiáng)風(fēng)下高速列車(chē)空氣動(dòng)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(chē)空氣動(dòng)力學(xué)模型,分析了降雨環(huán)境下不同車(chē)速、不同降雨強(qiáng)度下的列車(chē)氣動(dòng)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(chē)氣動(dòng)特性,給出了氣動(dòng)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(chē)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,研究了不同降雨強(qiáng)度對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全域的影響。研究結(jié)果表明,列車(chē)前端和迎風(fēng)側(cè)計(jì)算區(qū)域長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到雨滴運(yùn)動(dòng)水平距離的1.5倍以上;降雨環(huán)境下,相對(duì)于無(wú)雨時(shí),在車(chē)速為200 km/h、降雨強(qiáng)度為500 mm/h情況下,頭車(chē)阻力系數(shù)最高增大13.59%,尾車(chē)升力系數(shù)最高增大12.7%;風(fēng)雨環(huán)... 

【文章來(lái)源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

列車(chē)簡(jiǎn)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(dòng)軌跡的計(jì)算；計(jì)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(dòng)軌跡的計(jì)算。圖3.3計(jì)算區(qū)域和邊界條件圖3.4為列車(chē)表面和附近周?chē)W(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(chē)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(jì)算，此模型計(jì)算量適中，適用于初始迭代，具有比較高的精度，在高速列車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算中應(yīng)用廣泛。采用壓力求解器求解流動(dòng)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(dòng)量、湍流動(dòng)能和耗散率方程。(a)表面網(wǎng)格(b)周?chē)W(wǎng)格圖3.4網(wǎng)格劃分3.5.2迎風(fēng)側(cè)長(zhǎng)度首先，取L為400m，也就是總長(zhǎng)為700m的計(jì)算區(qū)域進(jìn)行計(jì)算。圖3.5為不同車(chē)速和降雨強(qiáng)度下的雨滴軌跡�？梢钥闯觯涤陱�(qiáng)度為100mm/h時(shí)，車(chē)速在300km/h、350km/h時(shí)，雨滴已經(jīng)不能完全接觸列車(chē)；車(chē)速在400km/h時(shí)，雨滴無(wú)法接觸列車(chē)。車(chē)速為400km/h時(shí)，降雨強(qiáng)度為900mm/h時(shí)的雨滴運(yùn)動(dòng)距離小于降雨強(qiáng)度為100mm/h的雨滴運(yùn)動(dòng)距離。由此可見(jiàn)，車(chē)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(shí)間越長(zhǎng)，水平運(yùn)動(dòng)距離越長(zhǎng)，也越容易脫離列車(chē)從而飛出計(jì)算區(qū)域。若假設(shè)保證雨滴剛好完全接觸列車(chē)的運(yùn)動(dòng)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(jì)算區(qū)域3.6本章小結(jié)本章介紹了高速列車(chē)在風(fēng)雨環(huán)境中運(yùn)行時(shí)的數(shù)值計(jì)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(guò)對(duì)比機(jī)翼氣動(dòng)升力系數(shù)的數(shù)值仿真和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證模擬雨滴的數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性和合理性；最后給出高速列車(chē)氣動(dòng)載荷系數(shù)的計(jì)算公式，運(yùn)用歐拉-拉格朗日方法構(gòu)建高速列車(chē)多相流模型，探索數(shù)值模擬降雨和風(fēng)雨環(huán)境時(shí)的計(jì)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
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碩士論文
[1]風(fēng)雨耦合作用對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行安全性影響[D]. 孫自豹.大連交通大學(xué) 2018
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[3]風(fēng)雨聯(lián)合作用下大跨鋼桁拱橋橋上地鐵交通行車(chē)安全性研究[D]. 司天文.西南交通大學(xué) 2016
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本文編號(hào)：3577669