大風(fēng)下高速列車單車過隧道空氣動(dòng)力效應(yīng)數(shù)值模擬初探.pdf

1、車輛駛出隧道過程中受到很強(qiáng)的列車風(fēng)作用,氣動(dòng)力非常復(fù)雜。而如果列車在駛出隧道的過程中,同時(shí)遭遇到外界大風(fēng)的話,所受到的風(fēng)載荷將更加復(fù)雜,在此作用下,車輛的動(dòng)力學(xué)惡化,車輛的運(yùn)行安全性將受到嚴(yán)重的影響。我國地貌廣闊,風(fēng)力資源十分豐富。西北地區(qū)常年大風(fēng),蘭新線既有線上常因大風(fēng)導(dǎo)致列車晚點(diǎn),嚴(yán)重時(shí),導(dǎo)致列車翻車。即將投入運(yùn)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(fēng)區(qū),全線長1776 km,其中有579.599 km位于大風(fēng)區(qū),占全

2、線長的32.8％。新疆境內(nèi)通過大風(fēng)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(fēng)區(qū)?？梢娧芯苛熊囋诖箫L(fēng)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(dǎo)流罩及風(fēng)擋的較真實(shí)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(fù)雜,因此利用ICEM-CFD軟件在列車周圍和計(jì)算區(qū)域生成非結(jié)構(gòu)化的Tetra網(wǎng)格。另

3、外本文采用滑移網(wǎng)格技術(shù)模擬列車駛出隧道的過程,滑移網(wǎng)格技術(shù)對(duì)滑移面兩側(cè)的網(wǎng)格要求較高,因此利用ICEM-CFD軟件在滑移面兩側(cè)生成結(jié)構(gòu)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(jìn)行模擬計(jì)算,模擬中,為了避免直接啟動(dòng)引起的非物理現(xiàn)象,采用光滑啟動(dòng)技術(shù)。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(chǔ)上,采用PISO算法求解雷諾時(shí)均方程,用中心差分法離散擴(kuò)散項(xiàng),用MARS差分格式離散對(duì)流項(xiàng),用

4、CG方法求解離散后的代數(shù)方程組。在此基礎(chǔ)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(fēng)速下駛出隧道過程中車體表面壓力及所受到的側(cè)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(jìn)而對(duì)比了30 m s和60 m s兩種風(fēng)速下,列車以200 km h、220 km h、250 km h的速度駛出隧道,側(cè)向力、升力和傾覆力矩的不同,得出了列車速度對(duì)流場的影響和風(fēng)速對(duì)流場的