風(fēng)沙環(huán)境下高速列車(chē)設(shè)備艙流動(dòng)特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、風(fēng)沙環(huán)境下列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題已經(jīng)成為影響高速鐵路發(fā)展的重要因素之一，我國(guó)西部乃至世界各地均存在強(qiáng)風(fēng)沙環(huán)境下發(fā)展高速鐵路的情況。蘭新鐵路第二雙線是我國(guó)鐵路受風(fēng)沙影響最為嚴(yán)重的區(qū)域。惡劣的環(huán)境會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重影響設(shè)備性能和安全的問(wèn)題如電氣設(shè)備的元器件損壞、絕緣材料性能退化。這種環(huán)境下，對(duì)高速列車(chē)設(shè)備艙通風(fēng)性能要求有著更高的要求，因此針對(duì)設(shè)備艙通風(fēng)及流動(dòng)特性的研究具有十分重要的意義。
　　首先，論文前期工作以與長(zhǎng)春軌道客車(chē)有限公司的合作項(xiàng)目“

2、CRH5H型高寒抗風(fēng)沙動(dòng)車(chē)組設(shè)備艙通風(fēng)除塵裝置性能及改進(jìn)”為背景，深化和繼續(xù)探究了設(shè)備艙流動(dòng)特性。采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，對(duì)列車(chē)設(shè)備艙進(jìn)行建模并與CRH5G型動(dòng)車(chē)組互相耦合，完成了從設(shè)備艙內(nèi)到列車(chē)外的耦合流動(dòng)分析。
　　其次，研究風(fēng)沙環(huán)境下列車(chē)設(shè)備艙的的流動(dòng)特性，從流體力學(xué)的基本理論出發(fā)，介紹了氣固兩相流的研究方法及國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)沙流、列車(chē)設(shè)備艙及通風(fēng)格柵的研究現(xiàn)狀。氣固兩相流在列車(chē)車(chē)體及設(shè)備艙內(nèi)外流動(dòng)屬于復(fù)雜的湍流流動(dòng)，氣相

3、流動(dòng)的模擬采用k-ωSST湍流模型，固相采用歐拉-拉格朗日坐標(biāo)系下的離散顆粒軌道模型。
　　再次，通過(guò)對(duì)氣固兩相圓柱繞流、V-V型格柵、半圓管過(guò)濾器的驗(yàn)證，確定并驗(yàn)證通過(guò)了計(jì)算方法。計(jì)算分析了CRH5G型動(dòng)車(chē)組在風(fēng)沙環(huán)境下穩(wěn)態(tài)運(yùn)行以及在橫風(fēng)下運(yùn)行的設(shè)備艙內(nèi)外流動(dòng)特性，頭車(chē)設(shè)備艙速度場(chǎng)及壓力場(chǎng)的分布特性，展示了速度矢量圖、速度卷積分圖、壓力云圖，設(shè)備艙內(nèi)外流線分布圖及設(shè)備艙內(nèi)外固相粒子運(yùn)動(dòng)撞擊及顆粒軌跡變化特征等，闡明了路基、鐵軌、

4、列車(chē)底部、設(shè)備艙附近及列車(chē)前后的沙粒沉積特點(diǎn)。
　　最后，重點(diǎn)闡述穩(wěn)態(tài)下不同位置（頭車(chē)、中間車(chē)、尾車(chē)）、不同車(chē)速的設(shè)備艙兩側(cè)的壓力及入流速度分布特性，風(fēng)沙環(huán)境下設(shè)備艙迎風(fēng)側(cè)及背風(fēng)側(cè)的壓力、入流流出速度特性。最后分析了地面效應(yīng)及不同風(fēng)速對(duì)設(shè)備艙內(nèi)外入流速度的影響。穩(wěn)態(tài)環(huán)境下列車(chē)運(yùn)行設(shè)備艙入流速度幅值范圍為0～3m/s，40m/s橫風(fēng)環(huán)境下入流速度幅值范圍為7～15m/s，考慮大氣邊界層時(shí)速度再下降2～4m/s。研究方法和結(jié)論渴望為后