吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (4): 1054-1062.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180172

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横风下高速列车会车压力波对风障的气动冲击

柳润东1(),毛军1(),郗艳红1,张宏宇1,彭飞2   

  1. 1. 北京交通大学 土木建筑工程学院,北京100044
    2. 河南省固始县人民防空办公室,河南 信阳 465200
  • 收稿日期:2018-02-16 出版日期:2019-07-01 发布日期:2019-07-16
  • 通讯作者: 毛军 E-mail:14115264@bjtu.edu.cn;jmao@bjtu.edu.cn
  • 作者简介:柳润东(1990?),男,博士研究生. 研究方向:高速列车空气动力学. E?mail:14115264@bjtu.edu.cn
  • 基金资助:
    “十三五”国家重点研发计划项目(2016YFC0802206);国家自然科学基金项目(51278032);中央高校基本科研业务费项目(2017JBM095)

Pressure pulse on windbreak impacting by cross⁃wind coupling with high⁃speed trains passing each other

Run⁃dong LIU1(),Jun MAO1(),Yan⁃hong XI1,Hong⁃yu ZHANG1,Fei PENG2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044,China
    2. People Air Defense Office of Gushi County of Henan Province, Xinyang 465200,China
  • Received:2018-02-16 Online:2019-07-01 Published:2019-07-16
  • Contact: Jun MAO E-mail:14115264@bjtu.edu.cn;jmao@bjtu.edu.cn

摘要:

高速列车会车时的压力波会对线路两侧的风障产生气动冲击作用,有可能导致风障的结构失稳,给列车运行带来安全隐患。采用能真实模拟列车运动的嵌套网格方法以及保留开孔特性的腔室耗能型风障,以某CRH型车为研究对象,计算了不同列车车速和不同横风风速下单侧风障内列车交会对风障的冲击过程。研究结果表明:高速列车行驶过程中,由于其高速运动对周边空气的排挤以及尾部气流的补充,在车身附近形成“正?负?负?正”4个压力波;会车过程中,两列车的压力波相互叠加耦合并作用在线路一侧的风障上;随着车速的增大,压力波极值增大,换向时间减小,变化率增大;随着风速的增大,横风作用与列车风作用相互耦合,放大了风障内侧的负压值;压力波正压峰值在车体长度范围之外,负压峰值在车体长度范围之内,头车正压波峰距头车鼻锥处距离最近;在横风作用下,列车风压力峰值会向后移动。

关键词: 车辆工程, 高速列车, 风障, 会车压力波, 嵌套网格

Abstract:

The pressure pulse caused by high?speed trains passing each other produces aerodynamic impact on the windbreak, that may result in structural instability of the windbreak and bring security risks to the train. Taking CRH3 as the research object, the pressure pulse on windbreak impacting by different wind speed and different train speed were studied by simulation. In the simulation, the overset mesh method, which can simulate the real train movement, and the chamber energy dissipation windbreak, which retains the hole characteristics, are used. The results show that the pressure pulse around high?speed train presents “positive?negative?negative?positive” trend. The pressure pulses of two trains couple with each other and act on the windbreak on the side of the line. With the train speed increasing, the pressure extremum increases, the commutation time reduces and the rate of change increases. With the wind speed increasing, the cross?wind coupling with the train wind amplifies the negative pressure inside the windbreak. The positive pressure extremum is outside the length of the train and the negative pressure extremum is inside the length of the train. The position of the positive pressure extremum is nearest to the nose cone of the head train. The pressure extremum will move backward under cross?wind.

Key words: vehicle engineering, high?speed train, windbreak, pressure pulse from trains passing each other, overset mesh

中图分类号: 

  • U270

图1

计算域"

图2

计算网格"

图3

嵌套网格计算域示意图"

图4

数据交换示意图"

图5

模型试验与数值计算结果对比"

图6

双车交会与单车通过气动压力对比"

表1

模拟计算工况"

编号 车速/(km?h-1) 风速/(m?s-1)
A 200,250,300,350,400 0,30
B 350 5,10,15,25,30

图7

列车交会过程对风障冲击的压力云图"

图8

列车交会时3个截面流线图"

图9

速度矢量图"

图10

风障表面的压力云图"

图11

监测点位置示意图"

图12

不同车速下P16点的压力时程曲线(风障内侧)"

图13

不同车速下P5点的压力时程曲线(风障外侧)"

图14

不同横风风速下风障内外监测点的压力时程曲线"

图15

压力极值拟合曲线"

图16

列车脉动压力波峰值与车体的相对位置关系"

表3

压力峰值与车体坐标"

无横风 有横风
车头鼻锥 -10.5 -10.5
头车波峰 -10.2 -10.5
头车波谷 -17.5 -18.3
车尾鼻锥 -87 -87
尾车波谷 -82.5 -83.9
尾车波峰 -89.9 -89.8
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