南疆改建二线桥梁上列车气动性能研究

论文摘要

既有南疆线曲线较多、曲线半径较小,且所在地段风力强劲,历年来经常发生大风吹翻列车的严重事故,因此铁道部决定改建二线。但新建线路所处位置大风灾害较为严重,且该地段高大桥梁数目较多,必须在桥梁上设置挡风墙以确保行车安全。而既有兰新线上所采用的挡风墙形式无论从防风效果、工程造价和景观效果上来说都不符合新建线路的要求。因此如何确定合理的挡风墙形式、高度及透风率,使其发挥良好的防风作用,成为线路新建过程中一个新的课题。本文以空气动力学原理为基础,采用数值计算方法对强横风环境与挡风墙条件下,铁路桥梁上运行列车的气动性能进行了分析计算。文章深入研究了桥梁上设置挡风墙前后,棚车、集装箱车、客车和双层客车四种典型车型运行时的倾覆稳定性能,在综合考虑挡风墙对列车的防风性能和对车辆运营视觉效果的影响等因素后,最终确定了挡风墙的合理高度和透风率大小。通过分析计算,得出大风环境下,双层客车和棚车分别为客、货车中最容易发生倾覆危险的车型,以及四种典型车型对应不同风速条件下的安全运行速度限值。研究结果为南疆二线改建过程中桥上挡风墙设置提供了科学可靠的依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究情况
• 1.2.1 国外的研究情况
• 1.2.2 国内的研究情况
• 1.2.3 挡风结构方案
• 1.3 本文主要研究目的、方法、工况
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究方法及工况
• 第二章 数值计算基础及算例考核
• 2.1 列车空气动力学数值模拟计算简介
• 2.2 数值计算基本控制方程
• 2.2.1 连续性方程
• 2.2.2 动量守恒方程
• 2.2.3 湍流模型
• 2.3 数值计算软件简介
• 2.4 计算模型、边界条件、计算网格
• 2.4.1 计算模型
• 2.4.2 计算区域与边界条件
• 2.4.3 计算网格
• 2.5 算例考核
• 2.5.1 考核工况
• 2.5.2 风洞实验
• 2.5.3 测控设备
• 2.5.4 列车风洞实验模型缩尺比例的确定
• 2.5.5 列车风洞实验模型结构设计
• 2.5.6 列车风洞实验模型测压孔布置
• 2.5.7 模型安装
• 2.5.8 数值计算结果与实验结果对比
• 第三章 桥上无挡风墙时车辆的气动性能研究
• 3.1 无挡风墙时棚车车体气动力计算结果及分析
• 3.2 无挡风墙时集装箱车气动力计算结果及分析
• 3.3 无挡风墙时客车车体气动力计算结果及分析
• 3.4 无挡风墙时双层客车车体气动力计算结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 挡风墙透风率的选取
• 4.1 挡风墙透风率选取的原则
• 4.2 数值计算模型及计算区域
• 4.3 计算结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 设置透风率20%挡风墙后车辆气动性能研究
• 5.1 棚车车体气动力计算结果及分析
• 5.2 集装箱车车体气动力计算结果及分析
• 5.3 客车车体气动力计算结果及分析
• 5.4 双层客车车体气动力计算结果及分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 设置透风率30%挡风墙后车辆气动性能研究
• 6.1 棚车车体气动力计算结果及分析
• 6.2 集装箱车气动力计算结果及分析
• 6.3 客车车体气动力计算结果及分析
• 6.4 双层客车气动力计算结果及分析
• 6.5 透风率变化时挡风墙单位面积所受侧向力比较
• 6.6 本章小结
• 第七章 车辆倾覆稳定性计算
• 7.1 计算时考虑的因素及计算公式
• 7.2 计算结果与分析
• 7.3 本章小结
• 第八章 总结
• 8.1 研究工作总结
• 8.2 学习体会
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间参加的科研项目及发表的论文情况
• 附表