風沙環(huán)境下高速列車設(shè)備艙流動特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、風沙環(huán)境下列車空氣動力學問題已經(jīng)成為影響高速鐵路發(fā)展的重要因素之一，我國西部乃至世界各地均存在強風沙環(huán)境下發(fā)展高速鐵路的情況。蘭新鐵路第二雙線是我國鐵路受風沙影響最為嚴重的區(qū)域。惡劣的環(huán)境會導致嚴重影響設(shè)備性能和安全的問題如電氣設(shè)備的元器件損壞、絕緣材料性能退化。這種環(huán)境下，對高速列車設(shè)備艙通風性能要求有著更高的要求，因此針對設(shè)備艙通風及流動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春軌道客車有限公司的合作項目“

2、CRH5H型高寒抗風沙動車組設(shè)備艙通風除塵裝置性能及改進”為背景，深化和繼續(xù)探究了設(shè)備艙流動特性。采用計算流體力學（CFD）技術(shù)，對列車設(shè)備艙進行建模并與CRH5G型動車組互相耦合，完成了從設(shè)備艙內(nèi)到列車外的耦合流動分析。
　　其次，研究風沙環(huán)境下列車設(shè)備艙的的流動特性，從流體力學的基本理論出發(fā)，介紹了氣固兩相流的研究方法及國內(nèi)外對風沙流、列車設(shè)備艙及通風格柵的研究現(xiàn)狀。氣固兩相流在列車車體及設(shè)備艙內(nèi)外流動屬于復雜的湍流流動，氣相

3、流動的模擬采用k-ωSST湍流模型，固相采用歐拉-拉格朗日坐標系下的離散顆粒軌道模型。
　　再次，通過對氣固兩相圓柱繞流、V-V型格柵、半圓管過濾器的驗證，確定并驗證通過了計算方法。計算分析了CRH5G型動車組在風沙環(huán)境下穩(wěn)態(tài)運行以及在橫風下運行的設(shè)備艙內(nèi)外流動特性，頭車設(shè)備艙速度場及壓力場的分布特性，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)外固相粒子運動撞擊及顆粒軌跡變化特征等，闡明了路基、鐵軌、

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