长大铁路隧道最大坡度折减方法研究

论文摘要

现行《线规》规定,客货共线铁路,当遇到长度大于400 m的隧道时,附加阻力增大、粘着系数降低。为防止列车在隧道内限制坡道上发生运缓事故,甚至造成途停。所以线路纵断面设计坡度值加上隧道附加阻力的换算坡度值,不能大于最大坡度值。为此,纵断面设计时,需将最大坡度值减缓。然而从影响隧道内空气附加阻力的主要条件变化情况看,现行规范的隧道坡度折减系数不尽合理,需要对其进行系统研究。本论文首先通过采用理论分析、数值计算、统计回归等多种研究方法,对铁路隧道坡度折减的理论和计算方法进行了系统研究。推导了客货共线铁路的最大计算坡度计算公式；采用国内外相关试验研究资料确定铁路隧道空气阻力计算公式,并以现代列车和工程参数对公式进行修正,建立了计算列车通过单线铁路隧道时的空气计算模型。然后通过AutoCAD软件进行模型构建,包括钝性列车及流线型列车,将建成的模型导入CFD前处理软件Gambit进行网格划分并设置相关边界条件,最后通过Fluent进行仿真计算获得不同列车在铁路隧道内的空气阻力值,通过与稳态条件下的阻力值比较,获得增加的空气阻力值,计算列车在铁路隧道内所需要的铁路隧道坡度折减值。依据计算机仿真数据获得铁路隧道坡度折减值相对于论文第四章的理论推导所获得铁路隧道坡度折减值是偏小的,可以证明理论推导的结果是偏于安全的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.1.1 现行规范的不适用性分析
• 1.1.2 隧道坡度折减试验成果的经济性分析
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外对铁路隧道坡度折减的研究
• 1.2.2 国内外在空气动力学方面的研究
• 1.3 论文研究内容及论文构成
• 第二章 铁路纵断面最大坡度设计原理
• 2.1 稳态条件下列车最大计算坡度
• 2.2 铁路隧道地段的最大计算坡度
• 2.2.1 单线铁路隧道空气附加阻力计算模型
• 2.2.2 铁路隧道地段最大计算坡度
• 第三章 列车空气动力学仿真计算方法
• 3.1 建立基本守恒方程组
• 3.1.1 质量守恒方程
• 3.1.2 动量守恒方程
• 3.1.3 能量守恒方程
• 3.1.4 组分质量守恒方程
• 3.1.5 湍流的控制方程
• 3.2 列车运动的模拟方法
• 3.2.1 多重参考系MRF模型
• 3.2.2 滑移网格模型
• 3.2.3 动网格模型
• 3.3 列车流场模拟区域划分
• 3.3.1 单线铁路隧道模型划分
• 3.3.2 双线铁路隧道模型划分
• 3.3.3 计算区域的网格划分
• 3.4 边界条件的设置
• 3.4.1 初始条件的设置
• 3.4.2 边界条件的设置
• 3.5 建模阶段
• 3.5.1 模型构建
• 3.5.2 网格划分
• 3.5.3 定义边界条件
• 3.6 仿真计算
• 第四章 基于稳态理论分析公式的隧道最大坡度折减方法
• 4.1 明线地段（铁路隧道外）最大计算坡度值计算与分析
• 4.1.1 各种类型货运机车牵引质量与计算坡度的关系
• 4.1.2 各种限制坡度下电力、内燃机车牵引时的机力余量
• 4.1.3 机车牵引货物列车爬坡动力特性综合分析
• 4.2 铁路隧道空气阻力与速度的关系和铁路隧道空气阻力最大值
• 4.2.1 空气阻力与速度的关系模型
• 4.2.2 铁路隧道空气阻力最大值
• 4.3 综合分析及研究结论
• 4.3.1 机力剩余值与隧道附加空气阻力的比较
• 4.3.2 计算空气阻力与现行《线规》的铁路隧道折减值比较
• 4.4 小结
• 第五章 空气动力学仿真计算
• 5.1 稳态条件
• 5.1.1 列车表面空气压力
• 5.1.2 列车表面空气压力与运行速度
• 5.1.3 列车空气阻力
• 5.1.4 列车空气阻力与总阻力构成
• 5.1.5 各种列车的基本阻力表达式
• 5.1.6 各种列车的空气阻力
• 5.2 铁路隧道内
• 5.2.1 空气动力学仿真计算值
• 5.2.2 电力机车铁路隧道坡度折减
• 5.2.3 内燃机车铁路隧道坡度折减值
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文所做的研究工作
• 6.2 本论文最后得到的结论
• 6.3 未来工作与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 学术论文
• 科研项目