基于風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD仿真高速鐵路有砟軌道空氣動(dòng)力學(xué)特性分析.pdf

1、高速鐵路有砟軌道飛砟現(xiàn)象是制約有砟軌道發(fā)展的重要原因。飛砟問(wèn)題不僅制約車速的進(jìn)一步提高，還會(huì)損壞道床和車體結(jié)構(gòu)，危及行車安全，目前對(duì)飛砟問(wèn)題的研究不夠全面深入。針對(duì)高速鐵路飛砟問(wèn)題，本論文采用風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD數(shù)值仿真方法，對(duì)道床表面流場(chǎng)特性、列車底部繞流特性、道砟顆粒風(fēng)動(dòng)特性以及道床結(jié)構(gòu)對(duì)飛砟影響等進(jìn)行深入研究。
　　根據(jù)有砟道床結(jié)構(gòu)和特級(jí)道砟規(guī)范，設(shè)計(jì)加工1∶1半結(jié)構(gòu)道床模型，篩選標(biāo)準(zhǔn)級(jí)配道砟、小粒徑道砟和低密度道砟，開(kāi)展風(fēng)洞試

2、驗(yàn)測(cè)試道床表面風(fēng)壓和飛砟影響因素，并且建立有砟道床數(shù)值模型，采用能夠精確模擬近壁面自由流動(dòng)和約束流動(dòng)的k-ω SST湍流模型，對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證與補(bǔ)充。試驗(yàn)和仿真結(jié)果表明:在均勻來(lái)流條件下，道床中心風(fēng)壓較大，風(fēng)速較高，但相對(duì)平穩(wěn);軌枕槽內(nèi)風(fēng)壓沿來(lái)流方向存在負(fù)壓變?yōu)檎龎旱倪^(guò)程;鋼軌附近風(fēng)壓和風(fēng)速波動(dòng)較大，兩側(cè)軌枕槽內(nèi)存在空腔渦流。降低砟肩堆高和道床頂面位置，可明顯降低飛砟幾率。在風(fēng)荷載作用下，小粒徑道砟相較于普通道砟，軌枕表面道砟

3、相較于軌枕槽內(nèi)道砟，更易發(fā)生移動(dòng);輕質(zhì)道砟容易受到渦旋影響，移動(dòng)所需風(fēng)速也更低。在道床表面噴涂道砟膠具有良好的防飛砟效果。
　　為準(zhǔn)確模擬列車高速行駛時(shí)車體周圍尤其是道床表面流場(chǎng)特性，基于Realizable k-ε湍流模型，采用滑移網(wǎng)格技術(shù)，建立CRH3型高速列車及不同形式有砟道床模型，對(duì)單車明線工況下列車?yán)@流特性和道床空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明:
　　1、車頭、車尾和轉(zhuǎn)向架區(qū)域，風(fēng)速和風(fēng)壓在都出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，

4、發(fā)生飛砟幾率較高。車頭位置存在正負(fù)壓的急劇變化，中部區(qū)域風(fēng)速與風(fēng)壓波動(dòng)較小，靠近車體的尾流區(qū)存在低速渦流區(qū)域，列車經(jīng)過(guò)后道床表面承受較大正壓。
　　2、列車速度是影響飛砟的關(guān)鍵因素。隨著車速增加，風(fēng)壓峰值隨之變大，中間波動(dòng)也變大，列車時(shí)速在250 km/h以上時(shí)，車速每增加100 km/h，風(fēng)壓峰值增加約一倍，飛砟幾率明顯增加。
　　3、道床結(jié)構(gòu)形式也是影響飛砟的重要因素。砟肩堆高越高，越靠近列車底部，越容易受到列車風(fēng)影響，