论文部分内容阅读
高速列车进入隧道产生的压力波以及隧道空间的有限性对空气流动的约束,使得列车在隧道内交会时空气压力产生很大的变化,造成列车气动力发生剧烈变化。气动阻力过大会增大列车的能耗,气动侧向力过大导致列车运行出现横摆现象、乘客舒适性降低、严重时可能造成高速列车侧翻。升力表现为列车对轨道向下的压力,有利于列车的黏着性。因此研究高速列车隧道内交会气动力瞬变特性非常重要。论文采用基于有限体积法的CFD软件STAR-CCM+模拟高速列车在隧道内交会气动力瞬变特性,运用重叠网格方法模拟两列高速列车的相对运动。研究方法采用基于雷诺时均的SST k-?模型模拟湍流流动,流动特性为三维、非定常、可压缩流动,壁面处理方法采用全y~+壁面处理,代数方程组的求解采用多重网格法(AMG),空间离散采用Trim网格与Prism网格混合的非结构化网格。离散方程时对流项采用二阶迎风格式,扩散项采用中心差分格式。使用上述计算方法得出列车交会过程中气动力的时间历程曲线及典型时刻的气动力分布特性。采用不同工况进行对比分析,分析了有无受电弓对整车气动力瞬变特性的影响,以及车速对列车气动力瞬变特性的影响。研究结果表明:(1)高速列车隧道内交会时,从头头交会到尾尾交会时,气动阻力呈现先减小后增大再减小的趋势。其中带受电弓高速列车隧道内交会时,受电弓所受气动阻力、侧向力和升力占整车平均气动力小于3%,这表明受电弓瞬变气动力对高速列车隧道内交会气动力的影响很小,因此在研究高速列车隧道内交会时整车的气动力时,可忽略受电弓的影响。(2)气动阻力一般由压差阻力和摩擦阻力构成,典型时刻高速列车瞬变压差阻力占气动阻力的比例很大,摩擦阻力占比很小。时速400km/h的平均压差阻力占空气平均阻力的68.86%,平均摩擦阻力占31.14%;时速450km/h的平均压差阻力占平均气动阻力的70.48%,平均摩擦阻力占29.52%,随着速度的提高,压差阻力占比增大,摩擦阻力占比变小。(3)高速列车隧道内交会过程中,气动侧向力总共经历了三个峰值,交会过程中列车呈现外倾-内倾-外倾的变化趋势,随着车速的提高气动侧向力绝对值也跟着增大。气动升力始终表现为向下的压力,有利于增加轮轨黏着。