高速铁路声屏障空气动压力数值模拟与分析

论文摘要

作为《中长期铁路网规划》的重要项目,京沪高铁全长1318公里,全线按最高时速350公里设计,北京到上海直达只需5小时。然而,在与速度提升的同时,也将面临更为严重的噪音污染问题。而现有城市道路的声屏障技术不能满足京沪高铁的要求。经过实验,时速在200公里时,现有的声屏障能保持完好,而时速超过250公里,声屏障震动明显。所以为了保障列车在高速运行过程中声屏障结构能够安全工作,不仅需要声屏障结构具有良好的吸音降噪性能,还要求必须满足结构的动力学性能。本文基于计算流体力学(CFD)的基本理论,依托GABIT建模与FLUENT分析处理平台,以基金项目：铁道部重大项目“京沪铁路屏障气动力作用技术措施试验研究”为背景,对高速列车声屏障所受的空气动压力进行了数值模拟与研究。首先建立列车完全在声屏障以内时的三维模型,研究模型网格、湍流模型、边界条件以及有关的参数设置和选取,通过计算分析获取列车三维湍流绕流下运动时的流场压力分布、速度分布、流迹线、气动力,并与实测结果做对比,验证计算结果的正确性。然后计算出列车与声屏障在几种不同工况下,声屏障所受的有效压力,并且总结出声屏障在这些不同工况下的受力特征以及最大有效正压力的经验公式。研究计算结果对于高速列车声屏障结构安全工作具有重要的参考价值和实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与实际意义
• 1.2 列车空气动力学研究内容与研究方法
• 1.3 国内外高速列车脉动风压研究现状
• 1.4 本文研究内容与研究方法
• 第2章 计算流体动力学基本理论
• 2.1 流体动力学基本理论
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 湍流的数值模拟
• 2.1.3 常用湍流模型
• 2.2 CFD模拟中的数值方法
• 2.2.1 控制方程的离散
• 2.2.2 划分网格的技巧
• 2.2.3 流场的计算方法
• 第3章 高速列车流场的数值模拟
• 3.1 列车绕流的基本特征
• 3.2 高速列车流场的数值计算主要过程
• 3.2.1 建立物理与数学模型
• 3.2.2 选择坐标系
• 3.2.3 建立网格
• 3.2.4 确定离散方程的方法
• 3.2.5 选择对流项与扩散项的离散格式
• 3.2.6 边界条件与初始条件的设定
• 3.2.7 选择流场计算方法
• 3.2.8 求解代数方程组
• 3.2.9 后处理与准确性评判
• 3.3 FLUENT软件介绍
• 第4章 流场数值模拟的计算结果与分析
• 4.1 计算结果的计算适用可靠性验证
• 4.1.1 计算结果和实测数据的对比
• 4.1.2 残差曲线
• 4.1.3 列车表面流线图
• 4.2 高速列车驶过声屏障产生的气动力
• 4.2.1 列车车鼻进入声屏障
• 4.2.2 列车完全进入声屏障
• 4.2.3 列车驶出声屏障
• 4.3 小结
• 第5章 不同工况下声屏障的脉动风压的研究
• 5.1 车型对声屏障脉动风压的影响
• 5.2 列车行驶速度与脉动风压变化规律
• 5.2.1 计算结果分析与比较
• 5.2.2 结论
• 5.3 轨道中心距与脉动风压变化规律
• 5.4 声屏障结构高度与脉动风压变化规律
• 5.5 自然风作用对脉动风压的影响
• 5.6 最大有效风压经验公式的总结
• 结论和展望
• 致谢
• 附页
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文及参与的科研工作