高速集装箱平车空气动力学性能研究

摘要

随着国民经济的快速增长，高速与重载成为我国货运铁路发展的重要课题，而其中集装化运输有着不可或缺的作用。但是随着货运列车运行速度的不断提高，会使货运列车与空气之间的相互作用加剧，产生一系列急需解决的空气动力学问题。本文利用流体力学软件FLUENT，分别建立高速集装箱平车的明线气动性能计算模型、强横风性能计算模型、会车性能计算模型和隧道性能计算模型，对不同装箱方式的高速集装箱平车进行空气动力学特性的研究，得到以下主要结论:
　　1.高速集装箱平车在稳态运行时，采用三箱装载的车型总阻力最小，并且裙板结构有助于减小该车型的气动阻力。
　　2.在横风作用下，采用三箱装载的车型气动性能最好，并且裙板结构有助于改善各车型的阻力，但是会增加各车型的侧力和倾覆力矩。
　　3.高速集装箱平车与同型车交会时，采用单箱装载的车型承受的侧力与倾覆力矩随时间的波动最大，裙板结构会增大中间车车体上测点的压力波动，但是对集装箱上的测点压力波动以及气动力（矩）峰峰值波动没有影响;采用三箱装载的车型气动性能较好。
　　4.高速集装箱平车分别与普通货车和普通客车交会时，集装箱平车承受的气动力波动小，普通货车和普通客车承受的气动力波动大;且集装箱平车中间车上装载的集装箱承受的侧力和倾覆力矩波动在与普通客车交会时比普通货车的大。
　　5.高速集装箱平车通过最不利长度隧道时，各车型中间车装载的集装箱测点的压力峰峰值相近，裙板结构对集装箱压力峰峰值和隧道壁面的压力峰峰值没有影响;各种车型通过隧道时，产生的出口微气压波峰峰值均小于20Pa，满足相关标准。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外现状

1．4 研究内容及研究方法

第二章 基本理论

2．1 计算流体动力学基本理论

2．1．1 流体控制方程

2．1．2 湍流数值计算方法

2．1．3 数值计算方法

2．2 本章小结

第三章 集装箱平车基本气动性能

3．1 计算模型

3．2 货运列车气动力分析

3．3 集装箱气动力分析

3．4 压力分析

3．5 本章小结

第四章 横风下集装箱平车气动性能

4．1 计算模型

4．2 货运列车气动力(矩)分析

4．3 集装箱气动力(矩)分析

4．4 压力分析

4．5 本章小结

第五章 集装箱平车会车气动性能

5．1 计算模型

5．2 测点布置方案

5．2．1 高速集装箱平车测点布置

5．2．2 普通货车测点布置

5．2．3 普通客车测点布置

5．3 高速集装箱平车与同型号车等速交会计算结果

5．3．1 压力云图分布

5．3．2 压力波分析

5．3．3 集装箱气动力分析

5．3．4 集装箱气动力矩分析

5．4 高速集装箱平车与普通货车交会计算结果

5．4．1 压力云图分布

5．4．2 压力波分析

5．4．3 侧力分析

5．4．4 倾覆力矩分析

5．5 高速货集装箱平车普通客车交会计算结果

5．5．1 压力云图分布

5．5．2 压力波分析

5．5．3 侧力分析

5．4．4 倾覆力矩分析

5．6 本章小结

第六章 通过隧道时集装箱平车气动性能

6．1 计算模型

6．2 测点布置方案

6．2．1 高速集装箱平车测点布置

6．2．2 隧道壁面测点布置

6．3 计算结果

6．3．1 压力波分析

6．3．2 集装箱气动力分析

6．3．3 集装箱气动力矩分析

6．3．4 隧道壁面和出口微气压波分析

6．4 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果