兰新线土堤式挡风墙气动外形理论研究及局部加高优化

摘要

兰新线地处大风灾害严重的地区，强横风给列车运行安全造成了严重影响。为此，铁道部在兰新铁路大风地段上修建了许多土堤式挡风墙。由于兰新线风沙大，一部分对称土堤式挡风墙迎风侧积沙，形成“非对称式”外形，防风效果下降;另一方面，随着列车速度的提高，现有土堤式挡风墙防护效果亟需改善。本文结合科研课题，讨论兰新线土堤式挡风墙的气动外形理论研究及改造优化问题。
　　 本文运用三维流场数值模拟方法，以棚车为代表车型，研究土堤式挡风墙对列车气动性能的影响;然后根据其影响因素进行改造工程时理论优化方案的讨论，确立最适合目前土堤式挡风墙的改造方式;最后采用局部加高的方法对不同形式的现有土堤式挡风墙进行加高优化，计算结果分析以车辆倾覆力矩作为决定性的考核指标，按照使一线和二线上车辆所受倾覆力矩绝对值之和最小的方法，得出每种形式土堤式挡风墙的最佳加高高度。其研究结论如下:(1)在兰新线现有两大类土堤式挡风墙顶面上局部加高能够有效地提高其防风性能。(2)对称式2.0m和2.4m土堤式挡风墙最优加高高度分别为0.4m和0.28m，列车处于一线位置时的车辆倾覆力矩较原有不加高的土堤式挡风墙时分别降低98.2％、99.3％。(3)非对称式迎风面高度0m、1m和2m的土堤式挡风墙最优加高高度分别为0.9m、0.64m和0.54m，列车处于一线位置时的车辆倾覆力矩较原有不加高的土堤式挡风墙时分别降低97.9％、97.7％、93.2％。
　　 本文研究结果对改造现有土堤式挡风墙具有重要指导意义，同时对于新建土堤式挡风墙以及深入研究土堤式挡风墙的气动性能也具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 挡风墙类型及主要特点

1．4 本文主要研究内容

第二章 流场数值计算方法基础

2．1 数值计算方法

2．1．1 基本控制方程

2．1．2 数值求解方法

2．1．3 湍流模型

2．2 计算模型、网格和边界条件

2．2．1 计算模型

2．2．2 计算区域

2．2．3 边界条件

2．2．4 计算网格

第三章 车辆气动性能流场数值计算与实车试验结果对比

3．1 车辆气动参数的定义及数据分析说明

3．2 土堤式挡风墙下车辆气动性能计算

3．3 土堤式挡风墙路段列车车辆动力性能试验

3．3．1 测试方法及测点布置

3．3．2 车辆气动力试验测试结果

3．4 数值计算与实车试验对比分析

3．5 本章小结

第四章 土堤式挡风墙下车辆气动性能影响因素分析

4．1 土堤式挡风墙下车速和风速对车辆气动性能的影响分析

4．1．1 车速对车辆气动性能的影响

4．1．2 横风风速对车辆气动性能的影响

4．2 土堤式挡风墙不同外形参数对车辆气动性能的影响分析

4．2．1 挡风墙高度对车辆气动性能的影响

4．2．2 挡风墙位置对车辆气动性能的影响

4．2．3 挡风墙边坡坡度对车辆气动性能的影响

4．3 本章小结

第五章 土堤式挡风墙改造方式研究

5．1 土堤式挡风墙顶部整体加高方案

5．2 土堤式挡风墙迎风面部分切除方案

5．3 土堤式挡风墙改变坡角方案

5．4 土堤式挡风墙顶部薄板式加高方案

5．5 本章小结

第六章 现有土堤式挡风墙局部加高优化

6．1 对称式土堤式挡风墙局部加高优化

6．1．1 2．0m土堤式挡风墙计算结果及分析

6．1．2 2．4m土堤式挡风墙计算结果及分析

6．2 非对称式土堤式挡风墙局部加高优化

6．2．1 2．0m类路堑式土堤式挡风墙计算结果及分析

6．2．2 不同迎风面高度的土堤挡风墙计算结果及分析

6．3 本章小结

第七章 总结

7．1 结论

7．2 体会及展望

参考文献

致谢

硕士研究生期间参加的科研项目及发表的论文情况