风沙两相流对高速列车横风效应影响的仿真研究
发布时间：2022-04-27 21:52
兰新客运专线是连接甘肃、青海、新疆等高海拔地区的最重要的高速铁路,其中新疆地区是目前世界上最严重的风沙自然灾害地区之一,这一地区常年大风,在这种环境下高速运行的列车气动性能急剧变化,加上其他因素的耦合,造成许多的列车脱轨以及停运事故。高速列车在这种高海拔、强风沙地区运营,除了克服昼夜极大温差、强紫外线照射等,其气动性能变化对列车的影响尤为重要,其中横风能极大程度改变高速列车的气动性能。因此,本文基于Fluent软件应用数值模拟方法,对比分析在有无风沙时高速列车横风作用下的气动性能,对于提升我国高速列车在风沙环境下的安全运营有重要的借鉴意义。本文首先基于兰新线运营现状,选定模拟所用高速列车为CRH2G型动车组列车,建立头车、中间车和尾车的3车编组高速列车二维简化模型、分别从横向（y-z方向）和纵向（x-z方向）设定高速列车周围流场计算域,并对计算区域进行网格划分。其次建立风沙两相流模型,使用自定义函数对横向风沙浓度进行设置、确定高速列车外流场的边界条件,并选择合适的求解算法。然后进行数值模拟,横向时,在横向净风和横向风沙工况下进行数值模拟,对不同速度横风下高速列车表面压强分布、周围速度矢...
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 风沙流的国内外研究现状
1.2.2 横风对列车影响的国内外研究现状
1.3 计算流体力学简介
1.3.1 流体模拟方法简介
1.3.2 多项流模型
1.3.3 欧拉双流体模型
1.4 研究内容及方法
1.4.1 课题的研究内容
1.4.2 课题的研究方法
2 高速列车模型及参数设置
2.1 高速列车模型及简化
2.1.1 高速列车模型
2.1.2 模型简化
2.2 计算域及网格划分
2.3 沙相参数设置
2.4 边界条件和求解算法
2.5 本章小结
3 横向风速不同的高速列车在两种工况下的气动性能
3.1 横向净风工况下的气动性能
3.1.1 横向净风下的边界条件
3.1.2 高速列车截面表面压强分布
3.1.3 高速列车截面周围速度分布
3.2 横向风沙工况下的气动性能
3.2.1 横向风沙下的边界条件
3.2.2 高速列车截面表面压强分布
3.2.3 高速列车截面周围速度分布
3.3 不同工况下气动性能对比
3.3.1 表面压强与速度对比分析
3.3.2 阻力与升力对比分析
3.3.3 倾覆力矩的对比分析
3.4 本章小结
4 运行速度不同的高速列车在两种工况下的气动性能
4.1 高速列车在净风工况下的气动性能
4.1.1 净风下的边界条件
4.1.2 高速列车表面压强分布
4.1.3 高速列车周围速度分布
4.2 高速列车在风沙工况下的气动性能
4.2.1 风沙下的边界条件
4.2.2 高速列车表面压力分布
4.2.3 高速列车周围速度分布
4.3 不同工况下气动性能对比
4.3.1 表面压力与速度对比分析
4.3.2 阻力与升力对比分析
4.3.3 俯仰力矩的对比分析
4.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]强横风与轨道不平顺耦合作用对高速列车运行安全性影响分析[J]. 张茉颜,肖宏. 铁道标准设计. 2018(12)
[2]戈壁铁路挡风墙背风侧流场特征与积沙形态研究[J]. 李晓军,马学宁. 高速铁路技术. 2017(01)
[3]挡风墙结构对高速列车气动性能的影响[J]. 何德华,陈厚嫦,于卫东,曾宇清. 铁道机车车辆. 2016(05)
[4]风沙流及建筑物风沙荷载的研究进展与展望[J]. 黄斌,李正农,丛顺,周利芬,陈策,回忆. 自然灾害学报. 2016(05)
[5]沙尘暴环境对高速铁路挡风墙设置的影响[J]. 牛波,杜礼明. 铁道科学与工程学报. 2016(08)
[6]铁路沿线地表条件与风沙流场的互馈规律研究[J]. 辛国伟,程建军,王连,智凌岩,辛林桂. 铁道标准设计. 2016(09)
[7]风沙环境下高速列车气动性能研究[J]. 宋琛,张继业,刘楠. 机械. 2016(06)
[8]风沙流对戈壁地区挡风墙响应规律的数值模拟分析[J]. 李晓军,蒋富强. 铁道标准设计. 2016(03)
[9]稳态风沙流中沙粒体积浓度的模型分析[J]. 赵国丹,亢力强,邹学勇,张春来,程宏. 中国沙漠. 2015(05)
[10]兰新铁路第二双线穿越大风区综合选线研究[J]. 张太红. 铁道标准设计. 2015(07)
博士论文
[1]横风作用下的高速列车气动特性及运行安全性研究[D]. 郗艳红.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]强风沙环境下高速列车的空气动力学研究[D]. 楚德见.新疆大学 2019
[2]机械沙障阻沙固沙机理的数值模拟研究[D]. 徐彬.兰州大学 2018
[3]基于随机力模型的风沙流数值模拟[D]. 张海霞.兰州大学 2018
[4]强横风环境下高速铁路风速测点合理位置研究[D]. 丁嘉杰.西南交通大学 2017
[5]基于Fluent的风沙流数值模拟及防风挡沙墙参数优化[D]. 杜云乡.北京交通大学 2016
[6]风沙环境下动车组气动特性研究[D]. 李佳俊.大连交通大学 2016
[7]集二铁路沙漠区防风固沙措施防护效果研究[D]. 许钱通.北京交通大学 2015
[8]风沙流的双流体模型参数及输沙量分布特征研究[D]. 王康龙.兰州大学 2014
[9]基于OpenFOAM的高速列车多相流计算模型的开发和应用[D]. 崔阳阳.浙江大学 2012
[10]兰新铁路风沙流特征及防风挡沙墙优化研究[D]. 张军平.中国铁道科学研究院 2011
本文编号：3649220
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 风沙流的国内外研究现状
1.2.2 横风对列车影响的国内外研究现状
1.3 计算流体力学简介
1.3.1 流体模拟方法简介
1.3.2 多项流模型
1.3.3 欧拉双流体模型
1.4 研究内容及方法
1.4.1 课题的研究内容
1.4.2 课题的研究方法
2 高速列车模型及参数设置
2.1 高速列车模型及简化
2.1.1 高速列车模型
2.1.2 模型简化
2.2 计算域及网格划分
2.3 沙相参数设置
2.4 边界条件和求解算法
2.5 本章小结
3 横向风速不同的高速列车在两种工况下的气动性能
3.1 横向净风工况下的气动性能
3.1.1 横向净风下的边界条件
3.1.2 高速列车截面表面压强分布
3.1.3 高速列车截面周围速度分布
3.2 横向风沙工况下的气动性能
3.2.1 横向风沙下的边界条件
3.2.2 高速列车截面表面压强分布
3.2.3 高速列车截面周围速度分布
3.3 不同工况下气动性能对比
3.3.1 表面压强与速度对比分析
3.3.2 阻力与升力对比分析
3.3.3 倾覆力矩的对比分析
3.4 本章小结
4 运行速度不同的高速列车在两种工况下的气动性能
4.1 高速列车在净风工况下的气动性能
4.1.1 净风下的边界条件
4.1.2 高速列车表面压强分布
4.1.3 高速列车周围速度分布
4.2 高速列车在风沙工况下的气动性能
4.2.1 风沙下的边界条件
4.2.2 高速列车表面压力分布
4.2.3 高速列车周围速度分布
4.3 不同工况下气动性能对比
4.3.1 表面压力与速度对比分析
4.3.2 阻力与升力对比分析
4.3.3 俯仰力矩的对比分析
4.4 本章小结
结论
致谢
参考文献
附录
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]强横风与轨道不平顺耦合作用对高速列车运行安全性影响分析[J]. 张茉颜,肖宏. 铁道标准设计. 2018(12)
[2]戈壁铁路挡风墙背风侧流场特征与积沙形态研究[J]. 李晓军,马学宁. 高速铁路技术. 2017(01)
[3]挡风墙结构对高速列车气动性能的影响[J]. 何德华,陈厚嫦,于卫东,曾宇清. 铁道机车车辆. 2016(05)
[4]风沙流及建筑物风沙荷载的研究进展与展望[J]. 黄斌,李正农,丛顺,周利芬,陈策,回忆. 自然灾害学报. 2016(05)
[5]沙尘暴环境对高速铁路挡风墙设置的影响[J]. 牛波,杜礼明. 铁道科学与工程学报. 2016(08)
[6]铁路沿线地表条件与风沙流场的互馈规律研究[J]. 辛国伟,程建军,王连,智凌岩,辛林桂. 铁道标准设计. 2016(09)
[7]风沙环境下高速列车气动性能研究[J]. 宋琛,张继业,刘楠. 机械. 2016(06)
[8]风沙流对戈壁地区挡风墙响应规律的数值模拟分析[J]. 李晓军,蒋富强. 铁道标准设计. 2016(03)
[9]稳态风沙流中沙粒体积浓度的模型分析[J]. 赵国丹,亢力强,邹学勇,张春来,程宏. 中国沙漠. 2015(05)
[10]兰新铁路第二双线穿越大风区综合选线研究[J]. 张太红. 铁道标准设计. 2015(07)
博士论文
[1]横风作用下的高速列车气动特性及运行安全性研究[D]. 郗艳红.北京交通大学 2012
硕士论文
[1]强风沙环境下高速列车的空气动力学研究[D]. 楚德见.新疆大学 2019
[2]机械沙障阻沙固沙机理的数值模拟研究[D]. 徐彬.兰州大学 2018
[3]基于随机力模型的风沙流数值模拟[D]. 张海霞.兰州大学 2018
[4]强横风环境下高速铁路风速测点合理位置研究[D]. 丁嘉杰.西南交通大学 2017
[5]基于Fluent的风沙流数值模拟及防风挡沙墙参数优化[D]. 杜云乡.北京交通大学 2016
[6]风沙环境下动车组气动特性研究[D]. 李佳俊.大连交通大学 2016
[7]集二铁路沙漠区防风固沙措施防护效果研究[D]. 许钱通.北京交通大学 2015
[8]风沙流的双流体模型参数及输沙量分布特征研究[D]. 王康龙.兰州大学 2014
[9]基于OpenFOAM的高速列车多相流计算模型的开发和应用[D]. 崔阳阳.浙江大学 2012
[10]兰新铁路风沙流特征及防风挡沙墙优化研究[D]. 张军平.中国铁道科学研究院 2011
本文编号：3649220
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3649220.html
