兰新铁路风沙流特征及防风挡沙墙优化研究

论文摘要

中国铁路建设已经跨入高铁时代,沙漠、戈壁及沙地等区域也开始修建高铁,高标准铁路的建设对防风挡沙工作提出了更高的要求。总结众多学者用数值方法研究成果的基础上,发现还没有一个统一的理论和模型能对风沙流的特性进行完全描述。本文针对兰新铁路戈壁大风地区路基周围的风沙流场,利用fluent软件对其进行了模拟计算研究,方便科学地得到了路基周围风沙流运动的相对低速区和相对高速区,且计算分析得到的积沙和风蚀的分布与现场实际状况相吻合,计算得到的数据与现场实测数据相一致,证明了这种分析沙害问题的方法是科学合理的。通过改变初始风速的模拟计算分析方法是解决强风条件下现场测速困难的一种方法,利用风沙流场的分布规律进一步探讨了防风挡沙墙的合理高度,并得到其判断条件,为戈壁大风戈壁地区路基防风挡沙墙合理高度的确定提供了优化方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 铁路沙害的分布
• 1.1.2 我国铁路沙害的概况
• 1.2 风沙流运动特性的研究现状
• 1.2.1 风沙流的定义
• 1.2.2 风沙流运动特性的研究现状
• 1.2.3 铁路防风挡沙墙措施的研究现状
• 1.2.4 风沙两相流数值模拟方法的研究
• 1.3 论文的研究思路及主要研究内容
• 1.3.1 本文的研究思路
• 1.3.2 本文的研究内容
• 第二章 兰新铁路戈壁地区风沙流运动的基本特征
• 2.1 兰新铁路戈壁地段形成风沙流的大风条件和物质条件
• 2.1.1 兰新铁路戈壁地区形成风沙流的大风气候条件
• 2.1.2 兰新铁路戈壁地区形成风沙流的物质条件
• 2.2 戈壁地区风沙流的形成特征
• 2.2.1 戈壁地区风沙流的影响因素
• 2.2.2 戈壁地表沙粒的风蚀特征
• 2.2.3 戈壁风蚀地段地表粗糙度的特征
• 2.3 戈壁地区风沙流场的速度特征
• 2.3.1 戈壁地表风的速度特征
• 2.3.2 风沙流体的两种流动状态
• 2.3.3 风沙流场的边界层
• 2.4 沙粒运动的基本特征
• 2.4.1 运动中沙粒的受力分析
• 2.4.2 沙粒运动的主要特征
• 2.5 本章小结
• 第三章 戈壁地区路基风沙流场的数值模拟分析
• 3.1 FLUENT 软件的简介
• 3.1.1 FLUENT 软件的概述
• 3.1.2 GAMBIT 软件的概述
• 3.2 几何模型与计算模型
• 3.2.1 风沙两相流模拟假设
• 3.2.2 几何模型的建立与网格划分
• 3.2.3 计算模型的选择
• 3.2.4 求解器的选择
• 3.2.5 边界条件
• 3.3 计算结果分析与讨论
• 3.3.1 戈壁水平地表的风沙流的运动状态
• 3.3.2 戈壁地区路基风沙流运动特征
• 3.3.3 不同初始风速的路基风沙流运动特征
• 3.3.4 不同高度的路基风沙流运动特征
• 3.4 本章小结
• 第四章 路基防风挡沙墙高度的优化研究
• 4.1 对强风条件下防风挡沙墙周围流场的模拟计算
• 4.2 兰新铁路红层西L 测风点的风沙流场模拟
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要