基于風洞試驗和CFD仿真高速鐵路有砟軌道空氣動力學特性分析.pdf

1、高速鐵路有砟軌道飛砟現(xiàn)象是制約有砟軌道發(fā)展的重要原因。飛砟問題不僅制約車速的進一步提高，還會損壞道床和車體結構，危及行車安全，目前對飛砟問題的研究不夠全面深入。針對高速鐵路飛砟問題，本論文采用風洞試驗和CFD數值仿真方法，對道床表面流場特性、列車底部繞流特性、道砟顆粒風動特性以及道床結構對飛砟影響等進行深入研究。
　　根據有砟道床結構和特級道砟規(guī)范，設計加工1∶1半結構道床模型，篩選標準級配道砟、小粒徑道砟和低密度道砟，開展風洞試

2、驗測試道床表面風壓和飛砟影響因素，并且建立有砟道床數值模型，采用能夠精確模擬近壁面自由流動和約束流動的k-ω SST湍流模型，對風洞試驗結果進行仿真驗證與補充。試驗和仿真結果表明:在均勻來流條件下，道床中心風壓較大，風速較高，但相對平穩(wěn);軌枕槽內風壓沿來流方向存在負壓變?yōu)檎龎旱倪^程;鋼軌附近風壓和風速波動較大，兩側軌枕槽內存在空腔渦流。降低砟肩堆高和道床頂面位置，可明顯降低飛砟幾率。在風荷載作用下，小粒徑道砟相較于普通道砟，軌枕表面道砟

3、相較于軌枕槽內道砟，更易發(fā)生移動;輕質道砟容易受到渦旋影響，移動所需風速也更低。在道床表面噴涂道砟膠具有良好的防飛砟效果。
　　為準確模擬列車高速行駛時車體周圍尤其是道床表面流場特性，基于Realizable k-ε湍流模型，采用滑移網格技術，建立CRH3型高速列車及不同形式有砟道床模型，對單車明線工況下列車繞流特性和道床空氣動力學特性進行了分析，結果表明:
　　1、車頭、車尾和轉向架區(qū)域，風速和風壓在都出現(xiàn)不同程度的波動，

4、發(fā)生飛砟幾率較高。車頭位置存在正負壓的急劇變化，中部區(qū)域風速與風壓波動較小，靠近車體的尾流區(qū)存在低速渦流區(qū)域，列車經過后道床表面承受較大正壓。
　　2、列車速度是影響飛砟的關鍵因素。隨著車速增加，風壓峰值隨之變大，中間波動也變大，列車時速在250 km/h以上時，車速每增加100 km/h，風壓峰值增加約一倍，飛砟幾率明顯增加。
　　3、道床結構形式也是影響飛砟的重要因素。砟肩堆高越高，越靠近列車底部，越容易受到列車風影響，