扰流板对动车组转向架积雪特性影响的模拟研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hljfox
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高速列车在低温且有较大风雪的环境下运行时,雪粒会被进入车底的气流所裹挟,从而附着在转向架及其周围车体表面。由于列车运行时设备表面温度相对较高,致使雪粒易受热融化,同时会有新的雪粒不断进入列车底部区域,与设备表面处于熔融状态的雪接触。此过程伴随列车运行不断重复,导致列车转向架雪粒不断累积,最终形成严重的积雪结冰现象,进而造成转向架区域零部件性能受其影响,使用寿命缩短,运行稳定性降低,严重影响列车安全运营以及全体乘客的出行安全。除此之外,转向架区域大量的积雪,对列车的日常维护工作上造成诸多不便和困难。本文的理论基础为风雪两相流的离散项模型,在非定常不可压缩N-S方程中的RNG型k-ε湍流模型。在此基础上,运用流体力学软件Fluent对高速动车组转向架区域的流场分布情况、雪粒运动轨迹及其黏附情况进行了仿真计算和分析。本文主要研究内容如下:(1)根据目前实际运行在寒冷地区的动车组实车数据,建立基础三维模型,其中动车组分为三编组,且每台转向架单编辑为单独部分;在此过程中,转向架区域保留主体结构,车身根据需求,简化对结果影响极小的部分;(2)利用Ansys中的ICEM模块对全车进行网格划分,并对关键区域进行局部加密,经进一步光顺处理后生成网格,导入Fluent模块准备模拟计算;(3)在Fluent模块中设置相关基础参数、理论方程、边界条件及求解算法,如:入口风速、雪粒参数和相关黏附系数等边界条件,即可进行相关模拟计算;(4)依据模拟计算结果,分析头车、中车、尾车各转向架区域的压力分布、中心平面处流线、积雪浓度分布及黏附颗粒数。(5)改变扰流板的结构,采取与之前完全相同的计算方法,将计算得到结果与原车进行数据对比,分析扰流板结构对转向架区域流场和雪粒附着的影响。研究结果表明:(1)雪花颗粒的流动特性与转向架区域内的流场呈现很强的相关性,同时流场的分布也影响转向架底部各零部件上的雪花颗粒粘附数量;(2)前置扰流板的高度分别为50mm和100mm时,100mm前置扰流板上并未展现出较好的扰流表现,在压力分布、流线分布和雪花颗粒附着表现上并未有较大优势;(3)前置扰流板的形状分别设计为凹型、凸型、直型和坡型时,与原车型相比,1号转向架区域的雪花颗粒的黏附数分别减少了34.94%、35.05%、18.10%和40.55%,其他转向架区域的雪花颗粒附着数量减少趋势相同。本文的研究成果具有较高的工程实用价值,能够为高速动车组转向架区域防积雪结冰提供理论支持。
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