高速列车侧风稳定性研究讲述.ppt

谢谢大家！ * 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 姓名：  学号：  专业：  目录 研究背景 研究方法和内容 结论 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 1.研究背景 铁路是国民经济的大动脉和发展的基础，在综合运输体 系中起重要的作用。我国是铁路大国，自1997年第一次提速 以来，铁路实现了六次大提速，列车运行从70~80km/h，提 高到了250km/h。 2008年7月30日，京津城际高速客运专线 的正式开通，成为我国首条时速350公里的高速铁路客运专线，标志着我国进入高速铁路时代。 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 高速列车侧风效应 由于列车运行环境的复杂多变及自然风作用的随机性，列车要受到侧向风的作用。侧向风的作用是影响列车运行的安全性、稳定性、舒适性的一个重要因素。当侧风达到一定速度时，将使列车产生共振，引起乘客不适，也能导致车辆结构的疲劳破坏。在强劲的侧向风作用下，列车所受到的侧向气动力有可能使列车掉轨、甚至出现翻车和人员伤亡。 图1 列车侧风效应 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 侧风失稳而脱轨和倾覆的事故 图3 2005.12.25日本“稻穗14号”脱轨事故现场 图2 2002年澳大利亚列车脱轨事故 图4 2007年新疆铁路列车脱轨情况现场 基于上述情况，有必要对侧风下列车运行安全进行深入的研究。 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 2.研究方法和内容 计算结果与实验对比 建模、数值计算 网格独立性、参数设置、湍流模型对比研究 不同偏航角条件下列车外部流场特性分析 非结构化网格与结构化网格对比 验证方法正确性 方法正确 确定一套合理网格 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 读取点坐标文件 通过文件混合生成曲面 PRO/E建模 图5 PRO/E建模过程 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 图6 通过Pro/E创建的ICE2列车模型示意图 PRO/E建模 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 ICEM CFD 划分网格 本文采用美国ICEM Technologies公司的ICEM CFD软件进行网格划分。 它是一个高度智能化的工程数值计算CFD软件包，其强大的网格划分功能 可满足CFD对网格划分的严格要求：边界层网格自动加密、流场变化大的 区域网格局部加密、网格自适应、高质量的六面体网格（可提高计算速度 和精度）、复杂外形空间的四、六面体混合网格等。 ICEM-CFD软件简介： 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 ICEM CFD 划分网格 图7 计算区域示意图 地面无滑移壁面边界 入口边界 压力边界 车体无滑移壁面边界 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 结构化网格 图8 应用ICEM CFD生成的结构化网格示意图 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 图9 结构化体网格不同截面示意图 结构化网格截面示意图 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 生成网格对比 图10 应用ICEM CFD生成的非结构化网格示意图 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 图11 应用ICEM CFD生成的非结构化网格示意图 非结构化网格示意图 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 方法验证 初始条件 （m/s） 初场时均速度 ： 相对压力： 0 （Pa） 温 度： 293.15K (20摄氏度) 流场初始湍流强度量I： 0.5% 湍流特征尺度l ： 0.021 计算工况： 偏航角 二次非线性标准 模型结合非平衡壁面函数法进行计算 动量方程的压力与速度的耦合求解采用SIMPLE算法 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 方法验证 动量方程 压力修正方程 湍流物理量 空间对流项的离散格式 松弛因子 MARS CD MARS 0.5 0.1 0.5 表1 通用控制方程对流项和压力修正方程的离散格式及松弛因子[4] 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 方法验证 Y (cm) Y (cm) Y (cm) Y (cm) Z (cm) Z (cm) Z (cm) Z (cm) 图12 距离列车鼻部0.25、0.7、1.5、2.0m处列车表面压力系数分布曲线 高速列车侧风环境中外部流场数值模拟研究 距离0.25m截面上列车表面压力系数计算偏差都较大，特别是车体四个弯角上的偏差最大，而其他三个截面上压力系数曲线计算值与文献和实验值都接近，偏差较小。 图13 车头外形对比ATM（左），本文建立列车模型（右） 车头外形对