高速列车转向架结冰特性风洞实验研究

风雪严寒环境导致转向架区域冰雪大量堆积,严重威胁高速列车行驶安全.为分析风雪严寒天气下转向架的结冰特性,采用包含简化车体和动力转向架的缩比模型,在中南大学轨道车辆积雪结冰风洞开展了高速列车转向架结冰实验研究.采用喷水系统模拟制动夹钳周围融水产生的喷水现象,以再现轮对甩水致转向架结冰过程.研究转向架区域动态结冰过程和整体结冰分布特性、各关键区域的结冰质量占比权重以及转向架结冰速率模型.研究结果表明：轮对甩出的水滴受紊乱流场作用扩散至转向架各个区域,在低温下结冰并随时间迅速发展,直至整个转向架区域被冰层覆盖;对于转向架舱,其后端板结冰严重,结冰质量占转向架舱结冰总质量的28%;对于转向架,构架和制动夹钳区域结冰分布最多,分别占转向架结冰总质量的34%和22%,空气弹簧、横梁和纵梁结冰分布较少,转向架呈现出底部结冰量大、结冰形状复杂的特性.随着结冰时间增加,各区域结冰速率不同,转向架舱、转向架的结冰总质量与结冰时间呈一次函数关系.研究获得的转向架结冰特性和结冰速率模型,可对一定运行时间内转向架结冰质量快速预测提供参考依据,对风雪环境下高速列车安全运行和转向架防除冰具有重要指导意义.     

针对高速列车头车外形设计的风洞侧风试验模型选取方法

为了给高速列车风洞侧风试验的模型选取提供更多的参考依据,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法对不同模型以200km/h速度运行时,在不同侧向风速下的气动力和流场结构进行分析.结果表明:相同侧向风速下,不同的高速列车缩比模型对头车的气动力系数影响不大,可以采用更短编组长度的高速列车模型即1.2车模型(头车+0.2节尾车)代替3车联挂模型对头车的气动特性进行风洞试验研究;考虑到尾车结构对头车末端区域的流场结构和压力分布的影响,高速列车风洞侧风试验中,不建议采用更短编组方式的模型.     

裙板格栅方向对高速列车设备舱通风性能影响研究

为研究不同方向格栅对高速列车车下设备舱通风性能的影响,以一段某型高速列车实车所用设备舱为试验对象开展了风洞试验,同时基于Realizable k-ε湍流模型构建了风洞试验的数值计算模型.通过风洞试验结果验证了数值模型的准确性,并获得了一套适用于设备舱裙板格栅区域的网格划分参数.基于经风洞试验验证的数值模型和网格划分参数,建立了头车包含设备舱的三车编组数值计算模型.以不同方向格栅（竖向和横向）为研究对象,分析了300 km/h速度等级下设备舱格栅通风口的通风量及设备舱内部的速度分布情况.结果表明：装配两种格栅时,设备舱的总进风质量流率基本一致,其中,装配竖向格栅时,其两侧的进风质量流率基本一致,但装配横向格栅时,其两侧的进风质量流率有所差异,相较于前者,其y-侧的质量流率减少了6.59%,y+侧的增加了6.79%.装配竖向格栅时,气流均匀地从整个格栅区域进入,其进入方向与列车运行方向相同,且速度较小;装配横向格栅时,气流集中从格栅右侧区域进入,其进入方向与列车运行方向相反,且速度较大.通过综合对比质量流率及设备舱空间气流速度,发现装配横向格栅时的通风性能较优.     

受电弓设备对列车气动特性影响的风洞试验

为了充分了解和掌握在强侧风作用下受电弓设备(受电弓和导流罩)对高速列车气动性能的影响,通过风洞试验对强侧风下高速列车运行时的气动性能进行测量和分析.实验结果表明:当侧滑角小于15°时,列车模型阻力系数随着侧滑角的增大而增加,当侧滑角为15°时,阻力系数出现拐点,拐点后阻力系数开始下降,其侧向力系数的绝对值和升力系数随着侧滑角的增大而增加;受电弓设备对头车的影响较小,但可使中车侧向力系数的绝对值及阻力系数明显增加,使尾车的阻力系数明显减小,而侧向力系数明显增加;受电弓设备中“浴盆”式导流罩对高速列车阻力系数的影响强于“挡板”式导流罩的影响,但对升力系数及侧向力系数的影响弱于“挡板”式导流罩的影响.     

风沙运动的力学机理研究

风沙运动机理研究是认识土壤风蚀、沙尘天气(甚至沙尘暴)以及风沙灾害本质,进而实现有效防治的基础。其中所涉及的诸如多尺度、多场耦合、随机性、非线性、尺度效应和复杂系统等科学问题也是当今科学前沿所关注的共性和热点课题。本文在简要回顾与风沙运动力学机理研究相关的已有工作的基础上,重点介绍了兰州大学风沙环境力学研究组针对风沙流中的沙粒带电量和风沙电场的基本规律及其对风沙流和无线电通讯的影响、风沙流发展过程的理论预测、固沙结构有效尺寸的分析、风成地貌主要特征的计算机模拟等方面所开展的研究工作。     

高速试验列车动车光纤总线网的研究

报告了一种用于高速试验列车动车内连接主控节点与各受控设备的光纤总线网．该总线网作为高速列车通信网的重要组成部分,以光纤作为媒质,结构简单,并具有高可靠性和高实时性．对其网络结构、关键技术及硬件结构和软件设计进行了详细的讨论,并给出了电磁兼容性试验结果     

风沙流中蠕移粒子群动量分布特征的风洞实验研究

研究了风沙流中蠕移粒子运动过程,揭示了蠕移的新成因和蠕移粒子群动量分布的规律。利用改进的数字高速摄影技术同步记录了风沙两相流中蠕移粒子群的轨迹和粒径。约80%的蠕移粒子是由跃移粒子入射后动量衰减转化而来,是蠕移的主要成因。入射-反弹过程中的滚动粒子群、入射-滚动粒子群、跳跃滚动的粒子群、气力或冲击起动的滚动粒子群的动量分别集中于中值动量分别为0.5 mg ms-1,0.8 mg ms-1,3.7 mg ms-1,2.1 mg ms-1,标准偏差分别为2.43,2.15,2.34,0.95等正态分布模块。粒子群速度-粒度的反相关关系使得气力或冲击起动的蠕移粒子群的平均动量低于由跃移动量衰减转化的蠕移粒子群。由于复杂的粒度分布和速度分布的组合,导致蠕移粒子群动量分布符合多模块的正态分布模式。     

气动噪声相似关系及在风洞试验中的应用

研究以基本气动噪声源(单极子声源、偶极子声源和四极子声源)向远场辐射声功率和物体运动过程中产生的气动噪声与运动速度、物体特征尺寸、距观测点距离和介质特性等的关系,推出了相似运动物体向远场辐射气动声的相互转换关系式,并利用气动声学风洞对高速列车模型产生的远场气动噪声进行测量,据此关系式从低风速测量结果推出了高风速结果,用试验数据进行验证.研究表明,此关系式反映了原型和模型之间在远场辐射气动噪声的相互关系,对模型试验结果分析和向原型的转换具有一定的借鉴作用.     

380 D高速列车侧窗玻璃风压和疲劳性能试验与研究

该文描述了380 d型动车组侧窗抗风压和疲劳性能,由试验得到侧窗的挠度数值,气密性能,露点数据及侧窗外侧玻璃破坏情况试验.分析了侧窗侧窗窗框和密封胶的抗载荷性能,未高速列车侧窗的结构优化提供了设计依据.     

近床面风沙输移风洞实验的光学测量研究进展

 近床面风沙输移是一个复杂的多尺度非线性随机过程,一直以来都是风沙物理学领域持续关注的热点问题,对此过程的准确测量则变得尤为关键。本文回顾了近年来针对近床面风沙输移风洞实验的光学测量技术,主要包括激光测速、高速摄影及一些新兴手段,并简要评价了其特点和适用性。最后,对目前存在的问题及未来的发展趋势进行了探讨。     

开口式风洞高速列车头车气动实验模型选取方法

合理的风洞高速列车实验模型对其气动评估和研究十分重要。采用计算流体力学方法,以开口式风洞和高速列车头车为对象,研究风洞实验头车最短尾部模型和合理缩比模型的选取方法。结果表明：无侧风时头车阻力系数随着尾部模型缩短而增加,尾部负压前移使得车厢连接处压力降低,头车+0.4L尾部模型的头车阻力与3车编组头车偏差为2.8%,可作为头车气动最短实验模型。头车最大缩比模型选取受风洞边界效应、雷诺数效应和地面效应共同影响,其中雷诺数效应使得摩擦阻力减小,地面效应使压差阻力增大,1:8、1:4缩比模型与1:1模型头车的压差阻力偏差为12.7%和7.2%,压差阻力分别占头车总阻力63.9%、67.2%和72.5%。结果表明,对于开口式风洞选取1:4的头车气动实验模型更为合理。     

风沙流对列车车窗玻璃破坏能力的试验测试

基于新疆铁路风区是全世界铁路内陆大风风速最高、风灾最严重的地区之一,加之以铁路沿线沙粒粗大的砾漠地貌,形成的风沙流使车窗玻璃破损情况严重,是影响列车大风期间行车安全的重要问题之一,通过试验手段将风载荷和沙粒冲击单独作用到车窗玻璃上,最后将这2种载荷耦合加载,对造成列车车窗玻璃破碎的主要原因进行试验分析。研究结果表明:车窗玻璃能承受的瞬态风压和稳态风压分别为69.38 kPa和29.50 kPa,各粒径等级沙粒能够击碎车窗玻璃的速度与粒径呈幂函数关系,幂约为-0.71;当风沙耦合作用时,车窗玻璃所承受的4 kPa环境风压使沙粒击碎玻璃的速度减小6%~7%,最终确定致使车窗玻璃破碎的主要原因是沙粒冲击而非风压载荷,且在风区恶劣风环境下,危险的粒径范围为5~6 mm。本研究对制定有效的风沙防护改进措施、形成保障车窗玻璃安全的行车指挥方案具有一定意义。     

列车动力学模型的研究

研究了列车动力学计算模型的建立方法 ,给出了列车系统状态矩阵的构成及其计算方法 ,采用Simulink仿真工具 ,建立了多车编组的垂向和横向列车模型 .分别对列车的垂向和横向列车动力学进行了实例计算 ,说明了在高速动车组中采用列车计算模型分析车间悬挂的作用的必要性和有效性 .     

高速列车空调风道的降噪研究

为降低高速列车空调机组运行时通过风道传递到客车室内的噪声,以VA ONE仿真软件为平台,以实测的空调机组噪声频谱数据为依据建立某型高速列车空调风道计算模型;并通过实验对仿真模型的有效性进行了验证。然后探讨了在风道模型内粘贴不同吸声材料的降噪效果;并对比了吸声材料的长度和厚度对风道降噪效果的影响。结果表明,在风道内粘贴吸声材料为2D聚酯纤维,厚度为25 mm,且其长度大于1.785 m时,降噪效果较为明显。     

格栅沥青混凝土路面环道试验及施工方法研究

通过室内材料试验，环道试验，现场施工和观测分析，对塑料格栅沥青混凝中解雇支减少车辙，抑制反射裂缝效果进行了试验研究，提出了塑料格栅沥青混凝土加铺层的施工工艺及实用效果。     

DBM—01模型用于江工低速风洞动校的试验研究

运用DBM—01模型,对江工1.4×1.0m低速闭口回流风洞进行了动校试验研究。结果表明,试验值与标准值基本吻合,说明该风洞性能符合设计要求,试验度精达到“7210”指标。     

碳纤维格栅混凝土抗弯性能研究

结合实验 ,对碳纤维格栅混凝土进行抗弯性能研究 ,就格栅进行抗弯受力分析 ,并对增强效果作出原因分析     

高速列车设备舱变流器冷却通风性能试验研究

为了进一步提升高速列车变流器在运行过程中的冷却性能,提高变流器设备舱的通风冷却效率,本文针对某型动车组牵引变流器通风性能进行了实车试验研究,通过在变流器进排风口位置布设传感器,监测高速列车运行过程中变流器设备舱进排风口位置处的进风风量、排风风量.对通风风量的结果和通风风量随列车运行状态的变化规律进行分析,并与变流器散热水温温升规律进行对比分析.分析发现当8车作为头车运行时,行车风方向与风机排风方向一致,促进排风,当1车作为头车运行时,行车风方向与风机排风方向相反,抑制排风.最大抑制风量占列车静置风机全速风量的1.6%.本文研究结果可为高速列车设备舱牵引变流器的设计选型及安装布置方式提供指导.     

列车高速通过隧道时车内压力波模拟试验研究

列车高速过隧道时诱发的压力波通过车体缝隙传入车内,给旅客乘车舒适性带来严重影响,在实验室模拟车内压力波动过程以系统研究车内压力波动与人耳舒适性的关系,以便为制定气压变化下科学的人耳舒适性标准提供依据。基于车内压力变化是车体空气进出口流量关于时间的积分,设计以1台罗茨风机、两阀门组及控制单元为核心的车内压力波试验模拟装置,以实现变体积流量交替对车体进行充气和抽气,使车内压力变化曲线不断逼近现场实车试验测得的车内压力变化曲线。研究结果表明:装置试验结果与现场实车试验测试结果基本吻合,说明该装置可真实模拟列车通过隧道时车内压力变化过程。     

高速列车明线交会压力波特性研究

列车交会压力波是影响列车运行安全性和乘客舒适性的重要因素之一,因此需对压力波特性展开研究。采用计算流体力学方法数值求解雷诺平均N—S方程,对不同时速和线间距下国产新型高速列车会车过程开展三维非定常仿真,得出了压力波以及侧向力的变化规律曲线。结果表明最大压力波幅值出现在尾车等截面与变截面过渡处的鼻尖高度位置。会车过程中,车体将承受两次排斥力和一次吸引力,这将对列车的稳定行驶产生一定的影响。压力波幅值和列车所受的侧向力均随会车速度的增大而增大,随会车线间距的增大而减小。