在风雨情况下的高速列车空气动力学建模和稳定性分析 翻译版.doc

摘要： 随着高速列车的发展，在极端天气下的空气动力性能特点和高速列车的安全问题必须认真考虑。在强风暴雨的高速列车的空气动力学性能使用欧拉模型在两个阶段模拟分析在这篇报告。 并结合强风暴雨的情况，在起那个降雨的情况下的列车的空气动力性能值得我们研究。结果显示在风速达到40m/s和降雨达到60 mm/h.时，对列车的提升力、侧向力和扭转力明显的增加。在考虑风雨的情况下，增加的提升力和侧向力和扭转力可能影响列车的安全运营和增加列车颠覆的可能性。 外形的静态稳定性分析将基于在不同状态的强风暴雨的等级下，列车的极限安全速度的瞬时平衡状态。分析的结果将提供一个参考框架为在风雨情况下的列车的安全运行。 关键字：高速列车，空气动力学特性，非稳态流体，雨，侧风，颠覆。 1.介绍 当高速列车在强风暴雨下运行时，特别是在桥和路堤这样开阔的路况下，列车所受的气动力可能显著的增加和导致列车运行不稳。 众所周知,强劲的侧风可能会增加气动阻力,侧向力和偏航时刻。如果雨和侧风共存,列车的空气动力性能将更严重恶化,这可能会导致列车延误,关闭,出轨,甚至颠覆。 在大风的情况下列车11,造成严重事故新疆铁路南线和在天津在日本,已经有大约30事故。 许多研究已经完成列车在侧风下更系统的数值模拟研究直线和曲线 已经完成(梁和沈,2007;杨et al .,2010)风洞实验,数值模拟详细分析侧风的影响,与实验结果一致 然而,雨和侧风气动特性基于数值模拟强降雨和侧风的影响在高速列车空气动力学条件。 基于力矩平衡的准静态稳定性分析也用于确定列车的安全限制速度在不同雨和风的水平,这对列车运行安全提供了一些指导。 2数值模拟2.1计算模型计算流体动力学(CFD)软件流利的用于数值模拟研究。对于多相流问题,主要有两种类型的多相流模型:一个克罗和斯穆特(1979)提出的是离散粒子模型(DPM); 另一个是 Gidaspow提出的模型(1994)。流体相使用欧拉法解决,而颗粒由拉格朗日追踪法。 由于有限的局限性内存容量和CPU效率DPM不适合大规模的工程仿真与众多分散粒子提供更多细节欧拉方是更有效的通常更复杂。每一个阶段都被视为一个连续的可能与其他渗透,描述一组、连续性和能量。方已经成功地应用于在大型设备模拟多相流动。 例如,刘et al。(2006)研究了液-固相浆在管道运输,和曹et al。(2005)模拟泡沫增长,集成和流化床的流动特性,由于这些优势,模型使用本研究模拟中的示例。 和gas-droplet两相流,因此,欧拉-与k-e欧拉多相模型耦合用于gas-droplet湍流方程两相流场的火车。 多相模型及其在我们小组进行的另一篇论文(熊等,2011)能找 一个(中国铁路研究了高速2型)的简化模型,包括三个头部、中部和尾部。全面发展,建立了大型半圆柱形数值风洞的计算域以确保结果的准确性(图2)。 半圆柱形的距离计算,主要在垂直、水平和垂直方向分别是600、400和200。车的长度是76米车辆和进口边界条件之间的距离是100米。计算域是网状的六面体的结构化网格,在前方和后方,火车及周边地区如图3所示细化网格。验证通过的列车模型数值模拟、网格依赖性进行了三种网格生成: 其中Fi是气动力(或力矩)对不同网格模型,和F是98 000的气动力网格。980 000网格的结果非常接近60 000网格。因此,我们可以得出这样的结论:980 000网格是可以接受的吗数值模拟的火车。 2.4飞机DEF和ABCFED在计算域的边界速度入口给出(图2)。 飞机是静压0的一个出口的压力边界。列车表面,无滑边界条件。 飞机ACFD采用移动边界速度等于流速。侧风的方向发展在y轴,垂直于火车。 连续相、颗粒相集如下:连续相使用入口边界360公里/小时的速度,颗粒相采用进口边界与轴速度等于进气口速度和z轴雨滴5米/秒。 湍流动能和湍流耗散率ε平均流速,R长度尺度。Phase-Coupled-Simple算法用于解决压力和速度之间的耦合效应(Moukalled et al .,2003)问题描述 列车运行速度设置为360公里/小时。侧风速度范围从0到40米/秒,风的方向是垂直的列车的运行方向。在侧风下和暴雨计算条件下,降雨率(每小时降雨强度)60毫米/小时。 在这项研究中,列车运行速度设置为360公里/小时。侧风速度范围从0到40米/秒,风的方向是垂直的列车的运行方向。在侧风下和暴雨计算条件下,降雨率(每小时降雨强度)60毫米/小时。雨滴是视为直径0.002米球形下降的速度5米/秒。 4结果与讨论 4.1列车表面压力分布 在火车上阻力由压力阻力和摩擦阻力。在高速运行时压差阻力地增加。由于降雨的影响火车列车周围的压力分布可能更复杂。通过分析在火车压力分布,它有助于机制理解上火车