对高速列车隧道会车时气动载荷的研究

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1、第11期机械设计与制造2014年11月MachineryDesign&Manufacture161高速列车隧道会车时气动载荷的研究刘小燕，陈春俊，何洪阳(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)摘要：由于高速列车气动载荷是隧道会车时列车行车安全的重要因素之一，而其在实车试验中又难以测量，提出采用基于计算流体力学的数值模拟方法。通过空气动力学仿真获取列车的表面压力分布，对列车压力和粘性力积分合成，得到列车的气动载荷，即阻力、侧向力、升力、侧滚力矩、点头力矩和摇头力矩。全面分析了气动载荷的构成和变化特点，及其在不同速度下的变化特性。结果表明，列车隧道会车时，气动栽荷主要是由压力构成；列车在

2、隧道会车时气动载荷出现剧烈波动；气动栽荷的幅值与速度呈二次函数的变化规律。研究结果可为列车系统动力学分析提供气动载荷依据。关键词：气动载荷；空气动力学；计算流体力学；隧道；会车压力波中图分类号：TH16；TB126；U266；035文献标识码：A文章编号：1001-3997(2014)11-0161—04StudyonAerodynamicLoadsofHigh-SpeedTrainCrossingThroughaTunneLIUXiao—yan，CHENChun~un，HEHong-yang(SchoolofMechanicalEngineering，SouthwestJiaotongUni

3、versity，SichuanChengdu610031，China)Abstract：Sincetheaerodynamicloadsofhigh-speedtrainisoneoftheimponantfactorsinthetrainrunningsafetywhentunnelcrossesthroughatunnel；howeverit’Sd~zulttomeasureinrealvehicletest，numericalcalculationmethodbasedoncomputationalfluiddynamicsisused．Surfacepressuredistributi

4、onofthetrainisobtainedbyaerodynamicsimulation．Aerod)，namicloadsincludingdragforce，sideforce，liftforce，rollmoment，noddingtorqueandshakingmomentaregottenbyintegratingandcompositingpressureandviscousforcesoftrain．hanalyzesconstitutionandchangescharacteristicofaerodynamicloads，andalsothechangingcharacte

5、risticsunderdifferentspeeds．Theresultsshowthatwhenthetrainspasseachothertunnel，aerodynamicloadsismainlymadeupofpressure．Aerodynamicloadsfluctuate，intheprocessoftraincrossingthroughthetunnelAmplitudeofloadsalongthespeedisquadratic．TheresultsCanprovideloadingsforhigh-speedtraindynamicsanalysis．KeyWord

6、s：AerodynamicLoads；Aerodynamics；ComputationalFluidDynamics；Tunnel；TrainCrossingWaves性力的构成，气动载荷系数的研究无法直接为列车动力学分析提1引言供载荷。随着高速列车运行速度的提高，列车的隧道空气动力学问采用三维瞬态流场数值模拟计算方法仿真列车在隧道中点题越来越突出，列车隧道会车的气动载荷即阻力、侧向力、升力、会车时的空气流场，得到气动阻力、侧向力、升力、侧滚力矩、点头侧滚力矩、点头力矩和摇头力矩也随之增加。增加的气动阻力使力矩和摇头力矩。全面分析了列车300km／h隧道中点会车时各节列车能耗增加，侧向力使列车

7、的横向振动明显加大。列车偏转力车气动载荷的压力和粘性力构成，及其变化规律，研究了列车5矩和侧滚力矩也会危及列车的运行稳定性和行车安全。气动载种不同速度等速会车时的气动载荷与速度的关系。荷是通过对列车表面压力和粘性力积分合成得到的，所以在实车试验时难以测量，主要通过数值模拟的方法来分析其特I生。文献H2高速列车通过隧道的计算模型对列车隧道会车压力波及列车所受侧向力、侧滚力矩和摇头力矩2．1模型简化系