兰新铁路挡风墙过渡地段流场特性研究及优化

论文摘要

兰新铁路自然条件十分恶劣,大风给列车运行安全造成的影响极为严重。最新的实车试验表明列车气动力大值点主要出现在无挡风墙、土堤式挡风墙、路堑与挡风墙、不同挡风墙之间的过渡段及斜坡等特殊地形地段,过渡段的优化研究对于行车安全至关重要。本文结合现场实车试验和实地考察结果,基于三维、定常、不可压雷诺平均N-S方程和k-epsilon双方程湍流模型,对列车在挡风墙背风侧、路堑背风侧、挡风墙与路堑及不同挡风墙过渡处背风侧等不同位置的流场特性进行数值模拟,并对较为危险的过渡方式及危险地段提出优化方案。通过计算分析,得到了以下重要结论：（1）大风环境下,列车在挡风墙和路堑过渡段为开口状态下,车辆所受的横向力和倾覆力矩较大；过渡段最佳优化方案为以30°过渡角连接路堑与挡风墙过渡缺口；（2）对于防风过度的挡风墙,较小的缺口可适当增加透风率,对行车安全是有利的；对拉、砼板式挡风墙,只要开口宽度不超过1m,可以不予修补；（3）对于挡风效果较差的土堤式挡风墙,在其顶部加修直立式挡风墙效果明显,最佳加高高度为0.3m；（4）斜坡路堑中可采用加修直立式挡风墙的方法；在斜坡为20°、深度为3m的路堑中,挡风墙高度达到2m时,其防风效果接近平地上2.0m高土堤式挡风墙,要使防护效果达到最佳,挡风墙高度要达到3～3.5m。本文对优化路堑与挡风墙、不同挡风墙过渡段等薄弱环节,对保障列车运行安全、提高列车安全通过能力具有重要指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 文章主要研究内容
• 1.3.1 实车试验
• 1.3.2 现场考察
• 1.3.3 数值计算
• 第二章 列车气动效应相关理论及数值计算方法
• 2.1 数值计算方法简介
• 2.2 基本控制方程
• 2.3 数值计算物理模型
• 2.3.1 几何模型
• 2.3.2 计算区域
• 2.3.3 计算网格
• 2.3.4 边界条件
• 第三章 实车试验及现场考察
• 3.1 列车空气动力性能实车试验
• 3.1.1 试验工况
• 3.1.2 测试方法与测点布置
• 3.1.3 测试结果及分析
• 3.2 现场考察
• 3.3 实车试验与数值计算对比分析
• 第四章 过渡段数值模拟分析
• 4.1 路堑与挡风墙过渡段模拟分析
• 4.1.1 路堑与土堤式挡风墙过渡
• 4.1.2 路堑与砼板式挡风墙过渡
• 4.1.3 路堑与砼枕直插式挡风墙过渡
• 4.1.4 路堑与加筋对拉式挡风墙过渡
• 4.1.5 小结
• 4.2 不同挡风墙间过渡段模拟分析
• 4.2.1 直插与砼板式挡风墙过渡
• 4.2.2 直插与桥式挡风墙过渡
• 4.2.3 土堤与加筋对拉式挡风墙过渡
• 4.2.4 土堤与砼板式挡风墙过渡
• 4.2.5 土堤与直插式挡风墙过渡
• 4.2.6 不同高度挡风墙过渡
• 4.2.7 小结
• 4.3 路堑及挡风墙缺口地段模拟分析
• 4.3.1 路堑地段缺口
• 4.3.2 土堤式挡风墙缺口
• 4.3.3 直插式挡风墙缺口
• 4.3.4 加筋对拉式挡风墙缺口
• 4.3.5 小结
• 4.4 特殊地形地段模拟分析
• 4.5 过渡及特殊地形地段车辆安全性分析
• 4.5.1 过渡地段车辆安全性分析
• 4.5.2 特殊地形地段车辆安全性分析
• 第五章 挡风墙及过渡段优化分析
• 5.1 挡风墙过渡段连接角度优化
• 5.2 挡风墙缺口大小优化
• 5.3 土堤式挡风墙优化
• 5.4 特殊地形地段优化
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 体会及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果