风障表面的高速列车风致空气脉动压力研究

摘要

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.