兰新铁路戈壁地区路基周围风沙流运动特征数值分析.pdfVIP

第32卷 ，第4期 中 国 铁 道 科 学 VoL32 NO．4 2011年 7月 CHINA RAIIWAY SCIENCE July，2011 文章编号 ：1001—4632(2011)04—0014—05 兰新铁路戈壁地区路基周 围 风沙流运动特征数值分析 张军平 ，王引生 ，蒋富强 (1．中国铁道科学研究院，北京 100081；2．中铁西北科学研究院有限公司，甘肃 兰州 730000) 摘 要：运用 FLUENT软件，进行兰新铁路戈壁地区路基周围风沙流场数值分析。结果表明，在路基周围 风沙流场中，迎风侧坡脚 、路基表面附近和背风侧坡脚出现气流运动的相对低速区，迎风侧路肩上方出现气流 运动的相对高速区；在相对高速区产生风蚀沙害；在相对低速区产生积沙，且迎风侧坡脚的积沙多于背风侧坡 脚。设置不同高度挡沙墙的路基周围风沙流场数值分析表明，流场 中的最大风速区由迎风侧路肩上方前移至挡 沙墙的上方，减弱了风沙流对迎风侧路肩的风蚀，且积沙大部分落在挡沙墙的前面，跃过挡沙墙的沙粒在挡沙 墙和路基之间相对低速旋流的作用下继续跌落。因此挡沙墙的合理高度应满足：气流中大部分沙粒被挡沙墙拦 截 ，在迎风侧路肩处不出现相对高速区，以避免迎风侧路肩产生强烈风蚀，且相对高低速区界线平稳穿过路基 表面 。 关键词：路基 ；风沙流；运动特性；沙害；戈壁；兰新铁路 ；数值分析 中图分类号：U216．413 文献标识码 ：A 穿越戈壁地区的兰新铁路经常受到风沙灾害的 可忽略其重力对气流速度的影响。影响沙粒运动的 影响。风沙流是大气挟带沙粒的运动，是一种 “大 力主要有气流的拖曳力、重力、Magnus力和 Sff— 气+沙粒”的气固两相流l1]。当风沙流遇到路基体 man力，其方 向均与沙粒的运动方 向在 同一平面 时，沙粒对迎风侧路基边坡产生冲击磨蚀 ，在风速 内，因此将模型简化为二维。根据现场实际路基的 降低区域产生堆积 。大风和轨道上的积沙会造成列 几何参数，选取路基的高度为 3rn，边坡坡 比为 车脱线、溜逸、颠覆等事故。既有兰新铁路采取的 1：1；数值计算模型长度为 55rn，高度为 15m， 固沙、阻沙、固阻结合等防沙措施基本保证了铁路 左右对称。 的安全运营一[]，但路基周围仍然存在沙害现象，如 由风沙两相流的分布特点可知，模型下部沙粒 兰新铁路部分路基体被风沙流风蚀严重，路基体附 的分布较上部要复杂一些，且风沙流体受边界层的 近的边沟、边坡处、轨道问依然有积沙现象l3]。因 影响较大[4]。因此，在模型网格划分时，通过增加 此，本文运用数值模拟方法，研究戈壁大风地区铁 下边界的节点数，使模型下部网格 比较稠密，而上 路路基周围风沙流的运动特征，并对防风挡沙墙的 部网格比较稀疏，如图1所示 。 合理高度进行分析。 1 路基周围风沙流数值分析模型 一 一