浅论限速高速列车在强侧风及强降雨天气下气动特性和行车安全学术

论文导读：
摘要：随着我国高速铁路的飞速进展,列车运转速度不断提升,铁路沿线地理环境,列车运转工况越来越多变,越来越复杂。列车在极端恶劣天气如强侧风、暴风雨等工况下行驶时,列车气动特性变化较大。为使高速列车在各种工况下安全运转,很有必要探讨列车在极端恶劣气候天气下运转的气动特性变化规律。本论文基于定常不可压N-S方程、标准k-ε两方程湍流模型、以及欧拉双流体多相流模型探讨了某型高速列车在强侧风及暴风雨条件下的气动力特性。采取商用软件FLUENT对列车进行数值模拟,浅析了列车周围流场的压力、速度、流线等的分布情况,以及在强降雨和强侧风耦合作用下,列车气动力的变化规律。列车的侧向力和升力都随侧风的风速增大而增大。在强侧风情况下,列车侧向力和升力急剧增大,这有可能导致列车失稳甚至倾覆。随着风速增大,列车阻力先是逐渐增大；当侧风速度达到15m/s左右时,列车阻力最大；当侧风速度继续增大时,由于头车负阻力的贡献增加而使整车阻力逐渐减小。探讨表明,在强降雨及强侧风同时作用的条件下,列车的升力、侧向力、侧偏力矩等影响列车行车安全的气动参数都比仅有侧风的工况大,由此降雨会进一步危害列车的行车安全。根据列车的倾覆论述,通过动力学力矩平衡原理,对列车列出动力学力矩平衡方程,求解该方程即可得出列车临界安全行车速度与侧风之间的联系式,以而得到列车在侧风和暴风雨条件下安全行驶的倾覆临界速度。临界速度减小代表列车更易倾覆、列车安全行车域更小。探讨结果发现,相比仅有侧风的天气情况,暴风雨使列车安全域减小10%-20%。通过对列车在恶劣气候条件下的气动性能计算和限速探讨,为列车在恶劣气候下的安全行车提供了一定的参考依据。关键词：高速列车论文气动特性论文降雨论文横风论文限速论文欧拉模型论文
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摘要5-6
Abstract6-9
第1章 绪论9-22

1.1 探讨背景9-13

1.2 探讨作用13-14

1.3 国内外探讨近况14-20

1.3.1 高速列车单相空气动力学探讨14-19

1.3.2 高速列车多相流探讨19-20

1.4 探讨内容和策略20-22

1.4.1 探讨内容20-21

1.4.2 探讨策略21-22

第2章 流体力学基本制约方程22-31

2.1 单相流制约方程22-24

2.2 湍流方程24-28

2.3 多相流制约方程28-31

第3章 高速列车数值模型31-37

3.1 列车模型简化31-32

3.2 计算区域及网格划分32-34

3.3 边界条件设置34-36

3.4 计算工况36-37

第4章 高速列车在横风工况下的气动特性浅析37-51

4.1 列车外流场压力特性浅析37-43

4.2 不同风速下高速列车气动特性浅析43-47

4.3 不同车速下高速列车气动特性浅析47-50

4.4 本章小结50-51

第5章 高速列车在横风及强降雨工况下的气动特性浅析51-65

5.1 列车外流场压力特性浅析51-56

5.2 不同风速下高速列车气动特性浅析56-60

5.3 不同车速下高速列车气动特性浅析60-63

5.4 本章小结63-65

第6章 高速列车在横风及强降雨工况下的稳定性浅析65-72

6.1 列车倾覆的力学模型65-69

6.2 横风及强降雨工况下列车速度极限探讨69-71

6.3 本章小结71-72

第7章 结论与展望72-74

7.1 结论72

7.2 展望72-74

参考文献74-80
攻读硕士学位期间发表的论文80