论文首页哲学论文经济论文法学论文教育论文文学论文历史论文理学论文工学论文医学论文管理论文艺术论文 |
(1)入口边界条件:列车风和侧风速度人口;
(2)出口边界条件:自由出流;
(3)列车表面边界条件:固体壁面边界;
(4)地面边界条件:用列车底面和地面间的狭缝来模拟列车底部结构对流场的影响。
2 计算结果分析为便于分析列车受气动力作用后的偏转趋势,对列车气动力和气动力矩在直角坐标系中进行分解,列车前进方向为z方向,从地面指向天空的方向为y方向,水平面上与列车运行方向垂直的方向为x方向。形成x方向侧向力、y方向升浮力、z方向阻力。为了研究侧风对列车倾覆危险性的影响,通常以作用在背风侧钢轨的中点为原点,对列车的15小段每一小段以各自的原点分别取矩。得到对x轴的仰俯力矩、对y轴的侧偏力矩、对z轴的侧倾力矩。
在风速为40米每秒时,列车受到的x方向的侧向力如图6。x轴为列车的第1小段到第15小段,y轴为每小段的受力的值,风向角为0度到180度。任一风向角均有第1小段所受力最大,从车头到车尾方向侧向力逐渐减小,到第15小段时,侧向力为正值。这是由于在风场中列车与风共同作用下形成漩涡造成的。列车气动力随风向角的变化为:风向角由0度增大到75度时,侧向力逐渐增大,75度时达到最大,从75度到180度时,侧向力逐渐减小。
在风速为40 米每秒时,列车受到的y 方向升浮力如图7。任一风向角均有第1 小段升浮力最小,第2 小段升浮力最大,从车头到车尾方向升浮力逐渐减小。列车气动力随风向角的变化为:风向角从0 度到90 度过程中,升浮力逐渐增大,90 度时达到最大,从90 度到180 度过程中,升浮力逐渐减小。
3 结论应用标准k-ε 湍流模型计算了高速列车的空气动力学性能,在不同风速和风向角情况下,通过对高速列车在侧风作用下的气动性能进行计算与分析,可以得到如下结论:
(1)列车头部、尾部受力变化较大,车身受力变化较为平缓。随风速的增大,头车侧偏力矩远大于中间车和尾车。因此, 进一步提高列车运行速度时, 应更加注重头车的气动性能研究。
(2)在一定风速下, 尾车可能受到与头车、中间车方向相反的侧向力和侧偏力矩, 但此侧偏力矩和侧向力数值较小,对尾车的运行安全影响相对较小。
(3)侧风使列车的受力分布变得不对称,随着风向角的增加这种不对称更加明显。风向角的改变对这种变化影响很大。列车上的侧向力和侧倾力矩的绝对值随风向角的增加而迅速增大。当风向角达到一定值时,列车侧向力和侧倾力矩的绝对值达到最大值,即出现拐点,拐点一般在75°≤α ≤90°之间,此后,侧向力和侧倾力矩的绝对值随风向角的增加而减小。
(4)风速降低时,列车运行安全性增高。
(5)侧风引起的所有载荷中, 侧倾力矩和侧向力对列车运行安全性影响最为明显,这在列车车辆结构设计中可以考虑增加相应的结构或装置,以减小该因素对列车运行安全的影响。其他载荷如抬升浮力、侧偏力矩和仰俯力矩等,对列车运行安全也有一定的影响。这些都将为高速列车空气动力性能的研究提供强有力支持。