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《高架橋影響高速列車氣動特性的數值模擬分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、高架橋影響高速列車氣動特性的數值模擬分析羅建斌：廣西工學院汽車工程系，講師，廣西柳州，545006胡愛軍：河南理工大學機械與動力工程學院，講師，河南焦作，454000摘要：高架橋結構在高速鐵路建設中被大量采用。開展行駛在高架橋上的高速列車空氣動力特性研究，對保證列車運行的安全、舒適、環(huán)保具有重要意義。采用計算流體力學方法，對雙線高架橋因高度變化影響列車的氣動特性進行數值研究，通過合理劃分網隨著現代計算科學的快速發(fā)展，數值模擬方法逐漸格、選取合適的湍流模型、設置正確的邊界成為研究行駛在高架橋上的高速列車氣動特性的一
2、種重條件提高數值計算精度。要手段。數值模擬計算具有費用低、周期短、便于模擬關鍵詞：雙線高架橋；高速列車；橫向風；真實環(huán)境、描述流場細節(jié)和給出流場定量結果等優(yōu)點：氣動特性；數值計算對雙線高架橋高度變化對高速列車氣動特性的影響進行數值模擬分析。數值模擬中，列車運行速度Vt=200km／h(55．56m／s)，橫向風速=20m／s，合成速度=59．05m／s，合成風向角為19．8。，雷諾數0引言月e=1．458e+7(以列車高度作為特征長度)，馬赫數現代高速鐵路建設中，常采用高架橋結構?。行駛Ma=O．1735，并考慮
3、以下5種不同高架橋高度：H=5．0、在高架橋上的高速列車與行駛在平地上相比，其氣動特10．0、l5．0、20．0、25．0m。性存在差異。此外，高架橋的高度變化也會影響高速列1數值模擬計算車的空氣動力特性。高速列車空氣動力特性研究的常用方法有理論計箅幣¨物理實驗2種。理論計算包括解析求一般行駛在高架橋上的高速列車空氣外流場可簡化解、數值模擬；物理實驗包括風洞實驗、動模型實驗及為黏性、不可壓縮、絕熱、三維定常流動系統，利用相實車測試。解析求解計算具有一定的復雜性，而物理實應的邊界條件，即可求得整個流場的數值解。驗研
4、究耗資大、費時且易南支驗設備和人為因素引起實1．1計算模型驗誤差。數值模擬時，為節(jié)省計算資源，常需簡化細長體列基金項目：河南省教育廳自然科學研究計劃(2011A460006)。50．毫苧CHINESERA／LWAYS2012／01一高架橋影響高速列車氣動特性的數值模擬分析羅建斌等車模型。當氣流流過車頭一定距離后，截面形狀不變的巾間列車的繞流邊界層結構已趨于穩(wěn)定，其氣動力變化也趨于穩(wěn)定。因此，常將列車計算模型簡化為頭車、ff1間車和尾車的車連掛型式，并忽略底部轉向架、頂部受電弓和兩牟連接風擋等復雜結構。通過參數化建
5、模方法建立高速列車CAD模型】，參考相關文獻建立雙線高架橋CAD模型0。高架橋及高速列車CAD模型見圖1。聲屏障高度為3．0i'D-，高速列車中心線距左右聲屏障分別為3．7m和8．7m。圖2計算域及坐標系1．2計算區(qū)域和計算網格采用矩形計算區(qū)域和直角坐標系統(見圖2)。全部劃分六面體網格，網格總數達460多萬。過車體對稱橫截面流場的計算網格見圖3。1．3計算邊界條件設置設定合理的邊界條件對精確模擬高速列車氣動特性非常重要。數值計算中，ABCD面和BCGF面均設置為速度入口，EFGH面和ADHE面設置為壓力出口。底
6、面圖3過車體對稱橫截面的計算網格ABFE、高架橋設置為移動的壁面邊界條件，車體設為選用Realizable七一s高雷諾數湍流模型，近壁處理無滑移的壁面邊界條件。因所選計算區(qū)域在高度方向足采用非平衡壁面函數法，壓力速度耦合采用SIMPLEC算夠大，頂面的存在基本上不會對流場產生干擾和影響，法J。為了同時兼顧數值計箅的穩(wěn)定性和收斂性要求，因此頂面CDHG設置為對稱邊界。首先將松弛因子適當調小，動量方程、湍動能方程、湍動耗散率方程采用一階迎JxL格式，迭代幾百步待計箅穩(wěn)定后，再換用精度更高的二階迎風格式。2計算結果分析
7、2．1氣動六分力變化規(guī)律圖4為不同高架橋高度的阻力系數、側向力系數、升力系數的變化?？梢姡S著高架橋高度的增加，頭車負阻力先減小，當高架橋高度=lO．0111以后基本不變，圖1高架橋及高速列車CAD模型中間車阻力系數變化很小，對高架橋高度變化不敏感，(a)阻力系數變化(b)側向力系數變化(c)升力系數變化圖4不同高架橋高度的系數變化一CH
8、NESERA／l_WAYS2o’2，o'(：乏。一5l一由圖9(a)可以看出車體上下的壓差，即升力變3結論化。對于不同高架橋高度，頭車、尾車對整車升力的貢獻量遠遠大于中間車。由
9、圖9(h)可以看出車體前后的高架橋的高度變化會對行駛在高架橋上的高速列壓差，即阻力變化。=5．0、15．0、25．0m時，車體前后空氣動力特性產生影響。數值模擬結果表明，當高架橋壓差積分面積基本相當，阻力也相當。高度達到15m后，頭車、中間車和尾車的側向力系數和圖10為不同高架橋高度時過車體鼻尖點水平截面?zhèn)确叵禂祵Ω呒軜蚋叨茸兓幻舾校S著高架橋高z=1．05m處的靜
