大風下高速列車單車過隧道空氣動力效應數(shù)值模擬初探.pdf

1、車輛駛出隧道過程中受到很強的列車風作用,氣動力非常復雜。而如果列車在駛出隧道的過程中,同時遭遇到外界大風的話,所受到的風載荷將更加復雜,在此作用下,車輛的動力學惡化,車輛的運行安全性將受到嚴重的影響。我國地貌廣闊,風力資源十分豐富。西北地區(qū)常年大風,蘭新線既有線上常因大風導致列車晚點,嚴重時,導致列車翻車。即將投入運營的蘭新第二雙線要途徑甘肅、青海和新疆三省,穿越五大風區(qū),全線長1776 km,其中有579.599 km位于大風區(qū),占全

2、線長的32.8％。新疆境內(nèi)通過大風區(qū)線路長度為462.409 km,占新疆境內(nèi)線路總長的64.8%。此外,蘭新第二雙線有11座隧道位于四大風區(qū)?？梢娧芯苛熊囋诖箫L下駛出隧道的過程是很有必要的。
　　本文模擬中,列車模型選用帶轉(zhuǎn)向架、受電弓導流罩及風擋的較真實的CRH2型列車模型,隧道洞門選用帽檐切削式洞門。由于選用的列車模型和隧道模型幾何形狀比較復雜,因此利用ICEM-CFD軟件在列車周圍和計算區(qū)域生成非結構化的Tetra網(wǎng)格。另

3、外本文采用滑移網(wǎng)格技術模擬列車駛出隧道的過程,滑移網(wǎng)格技術對滑移面兩側的網(wǎng)格要求較高,因此利用ICEM-CFD軟件在滑移面兩側生成結構化的Hexa網(wǎng)格,再與Tetra網(wǎng)格融合。本文模擬中選用STAR-CD軟件進行模擬計算,模擬中,為了避免直接啟動引起的非物理現(xiàn)象,采用光滑啟動技術。湍流模型選用高雷諾數(shù)SST模型,在合理的邊界條件和初始條件的基礎上,采用PISO算法求解雷諾時均方程,用中心差分法離散擴散項,用MARS差分格式離散對流項,用

4、CG方法求解離散后的代數(shù)方程組。在此基礎上模擬了列車駛出隧道的全過程。
　　本文研究了列車以200 km h的速度在30 m s的風速下駛出隧道過程中車體表面壓力及所受到的側向力、升力和傾覆力矩的變化過程,并研究了這一工況下隧道外流場的變化。進而對比了30 m s和60 m s兩種風速下,列車以200 km h、220 km h、250 km h的速度駛出隧道,側向力、升力和傾覆力矩的不同,得出了列車速度對流場的影響和風速對流場的