行駛環(huán)境對(duì)高速列車橫風(fēng)穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、高速列車在行駛時(shí)不僅受到行駛方向的氣動(dòng)阻力，還會(huì)受到來(lái)自于側(cè)向的自然風(fēng)。在某些特殊的行駛環(huán)境下，如特大橋梁、路堤、高架橋和山區(qū)丘陵地帶，列車周圍的流場(chǎng)會(huì)受到這些環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致作用在列車上的氣動(dòng)力大大增加，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生翻車事故。2007年10月我國(guó)正式確定實(shí)施京滬高速鐵路項(xiàng)目，這將為我國(guó)高速鐵路事業(yè)的發(fā)展開(kāi)拓一個(gè)嶄新的時(shí)代。建成后的高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速將高達(dá)350km/h，如此高的速度使得該線上的列車受到的氣動(dòng)載荷將大大增加。而出于施

2、工和受周邊環(huán)境影響方面的原因，必定會(huì)在某些路段為新的高速軌道修建一定坡度的路堤和一些大型橋梁(例如長(zhǎng)江大橋和黃河大橋)。路堤的出現(xiàn)會(huì)使流經(jīng)其斜坡的氣流加速，導(dǎo)致作用在列車車身上的作用力增加；橋梁的出現(xiàn)會(huì)使列車受到的自然風(fēng)遠(yuǎn)大于地面上的風(fēng)速。這些由環(huán)境造成的列車周圍流場(chǎng)的變化都將增加列車受到的氣動(dòng)載荷，使得列車的翻車可能性大大增加。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方法已經(jīng)可以較好地研究列車空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。本文基于

3、三維定常流體力學(xué)計(jì)算方法，選用Realizable k-ε湍流模型和SIMPLEC壓力修正算法，首先對(duì)不同路堤傾角下的高速列車--路堤組合體進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，并利用模型風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到：(1)路堤傾角對(duì)高速列車空氣動(dòng)力學(xué)特性有顯著影響，當(dāng)路堤傾角由0°變?yōu)?0°時(shí)，各氣動(dòng)力參數(shù)呈拋物線型分布；(2)當(dāng)路堤傾角為11°時(shí)，高速列車的側(cè)翻力矩最大，比平地情況下高出30％以上；(3)在8°～25°的路堤傾角范

4、圍內(nèi)，列車在下風(fēng)側(cè)受到的側(cè)翻力矩比上風(fēng)側(cè)的要大，最大可達(dá)3％。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的比對(duì)驗(yàn)證了本文采用的數(shù)值計(jì)算方法的可信性。 接著對(duì)不同橋梁截面形狀下的高速列車--橋梁組合體進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并得到：(1)橋梁的橋底面夾角和橋梁厚度對(duì)高速列車的橫風(fēng)穩(wěn)定性有顯著影響。對(duì)于文獻(xiàn)中給定的橋梁，在增加橋底面夾角時(shí)，列車的總側(cè)翻力矩先增大后減小，總體上是增加的(2)當(dāng)橋梁厚度從400mm變化到500mm時(shí)無(wú)論是處于上風(fēng)側(cè)的列車還是處于

5、下風(fēng)側(cè)的列車其側(cè)翻力矩都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)突增，增幅分別達(dá)到16％(上風(fēng)側(cè))和24％(下風(fēng)側(cè))；(3)文獻(xiàn)中給定的原始橋梁截面形狀對(duì)列車的橫風(fēng)穩(wěn)定性影響最小。 最后，結(jié)合前面兩部分的研究，進(jìn)一步對(duì)不同合成風(fēng)風(fēng)向角下行駛在路堤、橋梁和平地上的列車的橫風(fēng)穩(wěn)定性進(jìn)行比較研究。由研究結(jié)果得出：(1)行駛在路堤、橋梁和平地上的列車，其側(cè)翻力矩系數(shù)隨合成風(fēng)風(fēng)向角的增加而增加，并在90°達(dá)到最大值；(2)對(duì)于相同的合成風(fēng)風(fēng)向角和合成風(fēng)速度，當(dāng)列車分別