城际动车组通风设备风冷性能影响特性试验研究

本文以长株潭CRH6F城际运营动车组为研究对象,采用截面多点风速测量法对关键设备的冷却通风性能主要影响因素进行了分析.研究发现:对于变流器等密封式独立风道通风设备,动车组上下行运行方向和编组位置对设备冷却风量影响较大,靠近头车运行方向时,冷却风量呈现增强趋势,而靠近尾车运行方向时冷却风量趋于降低;对于变压器等非密封式环境取风的通风设备,由于列车空气动力效应影响显著降低,动车组上下行运行方向对其冷却风量影响不大,变压器设备冷却风量维持在一个稳定水平.     

高速列车牵引变压器的通风散热性能

基于高速列车在运行过程中,封闭设备舱内会产生大量热量,若不及时排除,会损坏设备舱内的关键设备,严重影响列车安全运行,采用实车试验和数值模拟相结合的方法,研究高速列车牵引变压器风道形式对其通风散热性能的影响。研究结果表明:冷却风道出风口平均风速的数值计算结果与试验结果较吻合,两者相对误差仅为2.9%,验证了数值计算结果的可靠性;当牵引变压器风道采用对称机构时,出风口风量与风道进口面积存在1个理论关系式,通过该式可以得到任意进风口面积下牵引变压器出风口风量。     

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.     

全压法测量动力车牵引电机冷却风机风量

实时检测列车运行过程中风机冷却风量随列车运行速度的变化规律,以考核风机性能是否满足列车运行要求,并为风机选型提供科学依据.受风机安装位置及风机前后管道形状、尺寸的限制,测试条件无法满足风机流量测量标准的要求,必须通过标定试验,在与实际使用管路基本一致的情况下,得到风机流量与所选测量方法测试量(如风机全压)之间的关系,为此,用全压法测量270km/h高速列车牵引电机冷却风机流量,通过地面标定试验得到了风机全压与风机流量的定量关系.研究结果表明,所提出的风机全压流量测量方法可用于实时检测列车运行过程中风机冷却风量.     

地铁区间隧道火灾烟气流动控制的数值模拟及分析

以广州地铁某矩形截面的区间隧道为研究对象,假设当一列车在隧道内发生火灾时,根据列车停泊的哪位置和火灾的部位,立即启动列车后方车站的隧道风机向隧道内送风,启动前方车站的隧道风机排风,在隧道内形成一股与行车方向相同的气流,带走火灾烟气至前方车站的活塞风井而排至室外.采用PHOENICS 3.5软件模拟在此通风模式下,火灾发生60 s、180 s和360 s时隧道内烟气的温度和浓度的分布状况.模拟结果表明:在此通风模式下,烟气全部流向下游隧道,没有发生逆流(即烟气向上游人员疏散的方向流动)现象,乘客可以迎着新鲜空气疏散到安全地带.因此,此通风措施得当,人员疏散方案正确.     

不同路况侧风对高速列车运行安全性影响研究

建立了高架线和路堤两种不同路况下侧风作用于列车的空气动力学模型,并进行数值计算,得到了不同侧风速和不同运行速度下列车周围压强分布及列车的气动载荷特性;同时利用SIMPACK建立高速列车动力学模型,将分析得到的气动载荷施加到动力学模型上,计算列车运行的动力学特性,研究侧风对列车运行安全性的影响;参照高速列车运行安全性相关限定指标,计算了高速动车组侧风环境下的安全行车速度。     

高速铁路隧道列车风作用下接触网安全性分析

采用数值模拟方法,对高速列车在隧道内运行过程中所产生的列车风速度的变化过程进行分析,计算隧道内不同位置在列车运行过程中的最大风速和最大风压,进一步研究隧道内预留滑道槽型和螺栓锚固型接触网在列车反复冲击压力作用下的安全性。研究结果表明:隧道内不同断面的接触网设施只在列车车身运行至该断面的一段时间内才承受负向列车风(与列车运行方向相反);离列车表面越近的位置,列车风的速度越大;对于螺栓锚固型接触网悬挂件,在单线隧道350 km/h行车条件下,隧道衬砌混凝土中的最大拉应力已接近混凝土的疲劳抗拉强度,应采取适当的加强措施;对于滑道槽式接触网悬挂件,在列车风的反复作用下是安全的。     

基于流动模拟和动力学仿真的高速列车横风运行稳定性研究

以国产CRH3型3节车编组高速列车为研究对象,利用计算流体力学软件Star-CD/CCM+计算了在不同横风风速和不同车速下的列车气动力荷载;将该荷载导入动力学仿真软件SIM-PACK的列车运行动力学模型中,计算出在不同横风和车速条件下的脱轨系数、减载率和倾覆系数等运行稳定性参数.计算表明:头车的气动性能和运行稳定性受横风的影响最大;根据车辆动力学性能参数确定的列车安全速度限值与横风风速之间并非线性关系.参照有关高速列车运行稳定性评定标准,给出了不同横风风速下高速列车安全运行的速度限值.     

基于强化学习的新型列控系统区间行车间隔控制方法

列车间隔控制是保证列车运行安全和提高列车行车密度的关键.基于车-车通信的新型列控系统能够感知更多的列车运行环境信息,缩小列车行车间隔,提升列车运行效率.本文将列车速度控制视为一个决策过程,采用强化学习算法来实现新型列控系统中列车区间速度的实时控制.首先,结合车-车通信获得所处环境的列车状态信息,采用蒙特卡洛树搜索算法实时生成列车动态速度调整序列;然后,通过动态规划算法对序列进行分析处理,并在此基础上,确定列车当前时刻所应采取的速度控制策略;最后,仿真模拟了多车在不同初始条件下的列车间隔控制运行场景.仿真结果表明,在相同场景下强化学习算法对比模糊控制算法在行车间隔控制的响应速度、调节时间、总体波动以及超调量上具有一定的优势.     

高速列车底部导流板的气动减阻特性研究

为改善列车底部流场结构，进一步减低高速列车的气动阻力，基于底部导流的思想，设计了一种列车底部转向架舱前后位置布置、截面为三角形的导流板并开展其气动减阻特性研究.以300 km/h的速度明线运行的三车编组CRH380B型高速列车为研究对象，采用Realizable k-ε湍流模型，对4种典型的导流板安装位置进行探讨，并选择减阻效果最好的导流板安装位置，分别探究了5种角度和5种高度的不同组合下的导流板减阻特性差异，对比了安装导流板前后车体、转向架以及转向架舱上的阻力变化情况、压力分布变化情况以及转向架区域的流场结构变化情况.结果表明：仅在各转向架舱前双向开行的来流方向安装导流板时的减阻效果最佳；安装导流板后，车体、转向架舱上的气动阻力虽有所增加，但转向架上的阻力明显减少，转向架区域流速降低，前后压差减小，底部流场显著改善.同时发现，15°、100 mm组合的导流板减阻效果最佳，三车减阻率达7.08%.数值仿真证明了底部导流板能有效减小列车运行阻力.     

桥隧段风屏障对高速列车气动荷载及行车安全的影响

高铁线路隧道-桥梁-隧道路段常伴随强烈的横风,列车行驶至隧道与桥梁连接段时常常受到横风的突然冲击,严重影响了列车的行车安全性。基于计算流体力学RNG湍流模型和多孔介质理论,建立列车-隧道-桥梁-风屏障三维CFD数值模型和风-车-轨-桥动力耦合分析模型,研究了高速列车通过隧道-桥梁-隧道路段过程中列车的气动荷载和行车安全指标的变化特性。结果表明:桥隧相连段设置风屏障后,各节车厢的气动荷载突变幅值显著降低,降幅达50%以上,其中横向力和倾覆力矩受风屏障的影响最为显著,降幅高达88%以上;设置风屏障后列车行车安全指标显著降低,迎风侧和背风侧各轮对(除了头车1、3号轮对外)的安全指标波动幅度相同;头车的安全指标对整个列车行车安全性起控制作用,尤其是头车转向架前轮(即1、3号轮对)的;列车由隧道驶入桥梁过程中的行车安全性较由桥梁驶入隧道过程的小。     

高速列车空调冷凝风机的变频应用研究

列车在高速运行中表面产生的负压使冷凝风量相继减小.通过数值模拟计算不同车速下冷凝风机入口的平均负压值和冷凝风量,结果表明,高速工况下的负压影响冷凝风机正常运行.选取大容量冷凝风机并采取变频调节方式,建立以冷凝温度为反馈信号的PID控制方式,比较不同车速下定频与变频运行所消耗的功率,得出变频运行冷凝风机在列车低速运行时具有良好的节能效果和一定的变工况适应性,为变频技术在列车冷凝风机上的应用提供了技术依据.     

中国恶劣风环境下铁路安全行车研究进展

介绍我国铁路恶劣风环境下正在开展的铁路安全行车方面的研究以及进一步开展的研究,主要包括:风环境下铁路安全行车综合研究方法,如数值计算、风洞试验、在线实车试验、理论分析等;大风环境下列车空气动力特性规律,如列车空气阻力特性、空气升力特性、空气横向动力特性、列车交会空气压力波、风-车-路-局域地貌环境耦合列车空气动力特性等;风环境下列车临界运行速度,如风特性、空气动力、机械动力作用下车辆倾覆稳定性、特殊风环境下的列车临界运行速度;恶劣风环境下铁路安全行车措施,如实施限速(即对风速-路况-车外型与载重不同组合下的列车安全运行速度限值)或停轮,设计合理的列车外形,设置挡风墙,建立铁路大风监测预警与行车指挥系统等.     

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.     

长距离通风风库中转有效性及数值模拟

为解决长距离独头掘进面粉尘、有害气体污染等问题,对局部通风风库中转有效性进行研究.给出隔离污风条件下风库中转条件,包括上、下两级风机工作风量关系式、风库容量与上级风筒压出风量、下级风机吸入风量关系式,确保新风供应充足,同时避免污风循环.确定双压式通风为有效供风方式,节约成本便于施工.对不同上级风筒出口风量进行模拟.研究结果表明:目前出口风量较小,存在严重污风循环,风库中转失效.经调整后出口风量有所增加,中转效果有所提高,但仍存在污风中转.出口风量继续增大时风库会有效中转,起到缓冲新风作用.当出口风量达到最大时风库内新风外溢,有效避免上级柔性风筒吸瘪及污风循环.     

风障表面的高速列车风致空气脉动压力研究

高速铁路挡风风障在保障高速列车运行安全的同时,本身亦承受着强烈的列车风致脉动压力荷载.基于STAR-CCM+软件,以CRH3型高速列车和挡风风障为研究对象,结合能够有效减少开孔薄板网格数量的多孔介质模型以及运动体滑移网格方法,对高速列车通过风障区域的整个过程中列车风致脉动压力的变化进行了数值模拟,分析了风障脉动压力随列车车速和离地高度等参量而改变的时程变化规律,给出了风障位置的脉动压力峰值与压力梯度,得到了列车风致脉动压力的频域特性.结果表明:高速列车通过风障区域时在风障各部位均形成了"正-负-负-正"的交变荷载,且其峰值按照头车正压、头车负压、尾车负压、尾车正压的顺序依次减小,脉动压力梯度随速度增加更加明显;风致脉动压力随高度增加而减小,最大压力出现在风障的底部区域;列车风致脉动压力的功率谱密度峰值集中在25 Hz以内,车速每增加50 km/h,列车风冲击能量增大将近一倍.     

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.     

基于SES的地铁环控通风节能技术

对地铁隧道通风系统从排热风机运行策略和中间风井取舍进行节能研究。以成都某地铁线路的设计方案为模型,基于VBA编程优化后的SES程序对不同运营时期、不同风量工况下地铁环控系统进行逐时模拟,通过分析不同时期土壤蓄热、列车运行模式和客流量等变化因素的影响,得到车站隧道排热风机各种工况下的节能运行策略及效果。计算结果表明,车站活塞井在初期、近期和远期主要表现为引进新风,远期进风量远大于排风量,环线线路具有特殊性。同时分析了中间风井对附近活塞风井空气流动影响和对隧道内壁面与空气温度的影响,并以温度为评价指标,从地铁环控通风系统的节能角度分析了中间风井的利与弊,得出可以取消中间风井的结论,为实际设计提供了理论依据。     

高速列车牵引传动系统运行状态监测技术综述

高速列车牵引传动系统是典型的机电耦合闭环系统,牵引变压器、牵引变流器、牵引电机等关键部件之间密切关联,存在复杂的能量与信息变换、传递。牵引传动系统运行状态监测是保障高速列车安全运行的关键核心技术。受复杂服役工况、多物理场耦合作用、强环境干扰等不确定因素影响,闭环结构下的牵引传动系统运行状态监测存在性能退化/失效机理复杂、数据样本不充分等挑战性难题,已成为制约高速列车智能化发展的技术瓶颈。本研究针对高速列车牵引传动系统运行状态建模、异常状态监测、性能退化趋势分析及剩余寿命预测等相关方法进行了调研,分析了牵引传动系统运行状态监测技术现状和尚待解决的问题。     

风向角对高速列车驶出隧道过程中气动效应的影响

为研究风向角对驶出隧道过程中高速列车气动效应的影响,以某型高速动车组列车为研究对象,采用数值模拟方法对隧道内气动压力、列车风风速、流场分布及列车气动荷载进行分析。通过与动模型试验结果进出对比,验证数值模拟方法的准确性。研究结果表明：隧道壁面气动压力峰值及变化幅值最大值出现在隧道内部,且出现位置到隧道出口距离与风向角有关;背风侧气动压力受风向角影响更大,气动压力变化幅值随风向角增大呈现先减小后增大再减小的趋势;出口处列车风风速随风向角增大基本呈现先增大后减小的趋势,30°风向角时列车风风速最大,但迎、背风侧列车风风速峰值出现时刻不同;随着风向角增大,流场分布不对称性增强,列车绕流特性由流线型绕流逐渐过渡到钝体绕流,流动分离点到头车鼻尖的距离呈现先增大后减小最后再增大的变化规律,隧道内流动结构愈加复杂;气动横向力、升力变化幅值随风向角增加呈现先增后减趋势,头车横向力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的2.4倍和2.6倍,升力系数最大变化幅值分别是中车、尾车的1.1倍和1.5倍,故保证头车安全是控制整车运行安全的关键;侧风下高速列车驶出隧道情形下的最不利风向角为30°,此时头车发生列车事故风险...