防风栅对高速列车的挡风性能研究

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1、宣蠊交硕士学位论文防风栅对高速列车的挡风性能研究Windbreakperformanceofwindfenceonhighspeedtrain作者：冯少华导师：李波副教授北京交通大学2013年6月学位论文删撇权书l删N§5il本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名

2、：留游导师签名：签字日期：2彬年多月吵日签字日期：咿八声6月咖中图分类号：U271．91UDC：629学校代码：l004密级：公开北京交通大学硕士学位论文防风栅对高速列车的挡风性能研究Windbreakperformanceofwindfenceonhighspeedtrain作者姓名：冯少华导师姓名：李波学位类别：工学学科专业：结构工程学号：10121222职称：副教授学位级别：硕士研究方向：结构风工程北京交通大学2013年6月致谢本论文的工作是在我的导师李波副教授的悉心指导下完成的，从论文的选题，研究思路以及文章架构及内容都倾注了李

3、波老师的心血，在承担繁重科研任务的同时还要多次对我的硕士学位论文进行阅读修改，提出宝贵的意见。在攻读硕士学位的这三年中，李波老师在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，其严谨治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来李波老师对我的关心和指导。在本文的完成过程当中遇到很多关于理论及实际操作方面的困难，但是杨庆山课题组的老师和同学都给予了极大的支持。特别感谢杨庆山老师的教导和帮助，让我受益匪浅。另外还要感谢很多师兄师姐热切的关怀及帮助，可以让我在最快的时间里熟悉本课题所研究的内容和软件。这里还要特别感谢徐志同学在

4、科研过程中一起学习一起进步的鼓励。衷心的感谢“风敏感基础设施抗风减灾创新引智基地”YukioTamura教授和AkashiMochida教授，他们对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，对作者在科研时遇到的难题做出了精确而及时的解答，在此表示衷心的感谢。另外也感谢我的父母和妹妹，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。最后要感谢中央高校基本科研业务费(201lJBM262)的资助，在科研任务过程中提供经费使科研任务顺利完成。中文摘要由于我国高速铁路的快速发展以及横风下高速列车的安全运行问题日益突出，高速铁路防风体系的建立成

5、为目前亟待解决的问题。防风栅是一种新兴的高速铁路挡风结构，与传统挡风墙相比，防风栅可以在降低背面风速及湍流强度的同时减小工程基底反力。为了确定防风栅的适用范围以及在不同环境下的设计参数，本文参考京沪高铁路堤路段及CRH3车型，以高速铁路防风栅为研究对象，采用数值模拟的方法从空气动力学和列车运行安全稳定性的角度，系统的研究防风栅对高速铁路的挡风性能。如何精确模拟防风栅与高速运动的列车是本文的重要研究内容。首先是防风栅的模拟，防风栅本身可以简化为薄板状的多孔介质结构，因此可以用多孔介质模型来模拟防风栅。多孔介质模型的实现关键在于压力降系数的

6、确定。为了确定压力降系数的计算模型，将已有防风栅风洞试验结果与数值模拟计算结果进行对比验证。随后本文中通过在一定范围内变化防风栅孔隙率与高度，模拟研究孔隙率与高度对防风栅自身挡风性能的影响。其次，本文依托FLUENT流体计算软件采用动网格技术，模拟高速运动的列车。为了对所用动模型加以验证，本文通过对普速和高速两种列车的气动力效应进行模拟计算，并与已有实测数据进行对比。对比结果表明文中所用动模型可以有效模拟高速列车。最后，结合防风栅的多孔介质模型与列车动模型，展开防风栅对高速列车的挡风性能研究。变化列车车速与特征风速结合不同的防风栅孔隙率

7、，得到36个工况下列车各车厢所受气动力，从中计算出不同工况下各车厢的脱轨系数与轮重减载率，进而分析在安置防风栅时，高速列车在一定风速条件下的车速安全限值。结论表明，防风栅的设置可以有效提高列车安全运行效率。关键词：防风栅；高速列车；横风；数值模拟；列车运行稳定性；分类号：U271。91ABSTRACTTheestablishmentofhighspeedrailwaywindbreaksystemhasbecomeaproblemwhichshouldbesolvedimmediatelyduetotherapiddevelopment

8、ofChina'shi曲speedrailwayandtheincreasinglyprominentsafeoperationproblemofhi91lspeedtrainsunderhorizonta