[发明专利]一种高速列车转向架防积雪结冰的评价方法

说明书

本发明公开了一种高速列车转向架防积雪结冰的评价方法，包括以下步骤：1)建立高速列车转向架区域简化模型，推断转向架区域积雪结冰位置；2)实施高速列车风洞缩比试验；3)在数值模拟风雪两相流模式下，模拟雪花在空气相中运动时在转向架区域的堆积情况；4)类比推断雪花的运动和堆积情况，并根据数值仿真和风洞模型试验验证装置的防积雪结冰效果。本发明通过转向架区域流场的初步仿真计算，推断转向架区域积雪结冰的位置，再经过风洞缩比模型试验，验证计算机数值仿真计算的准确性，推测优化装置的防积雪效果。后续模拟雪花在空气相中运动时在转向架区域的堆积情况，从而转向架区域积雪情况达成可量化和可视化的目的。

技术领域

本发明属于轨道交通装备技术领域，尤其涉及一种高速列车转向架区域防治积雪结冰的评价方法。

背景技术

长期运行于高寒地区的高速列车，都会受到积雪结冰问题的困扰。积雪结冰问题主要分为轨道及道岔上的积雪结冰、车辆转向架部位的积雪结冰两种情况。其中堆积在转向架区域的积雪在发热部件如制动装置上融化、结冰，导致制动或缓解动作失效，对列车安全运行造成严重影响，轻则列车被迫降速运行或者停运，重则可能造成列车脱轨、倾覆等安全事故。

对于高速列车转向架积雪结冰的问题，目前已存在的主要研究是针对结冰之后的除冰方法的研究，有物理除冰、机械除冰，化学除冰，人工除冰方法等，鲜有从流场特性角度分析转向架区域的积雪堆积的成因，并研究雪花堆积量化、可视化处理的方法。对高速列车转向架区域积雪结冰的成因及主要积雪部位结冰情况的两相流数值模拟和风洞试验相结合的研究方法未有应用，且缺乏验证依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：通过现有的计算机数值仿真技术，结合风洞缩比模型实验，分析讨论转向架区域流场的特性，推断雪粒子的运动和堆积情况，提出针对车体和转向架的防积雪结冰的装置，并依靠数值仿真和风洞模型试验验证装置的防积雪结冰效果。

为实现上述目的，本发明公开了一种高速列车转向架防积雪结冰的评价方法，包括以下步骤：

1)建立高速列车转向架区域简化模型，在净风场模式下数值模拟转向架区域流场，得出计算机数值仿真结果，推断转向架区域积雪结冰位置；

2)实施高速列车风洞缩比试验，验证在净风场模式下计算机数值仿真结果；

3)在数值模拟风雪两相流模式下，模拟雪花在空气相中运动时在转向架区域堆积情况；

4)类比推断雪花的运动和堆积情况，提出针对车体和转向架的防积雪结冰的装置，并根据数值仿真和风洞模型试验验证装置的防积雪结冰效果。

进一步的，所述数值仿真计算和风洞模型试验中，采用的简化模型均为1：2或1：4的大缩放比模型。

进一步的，所述简化模型需经过CAD软件简化后进行数值仿真计算和风洞模型的制造。

进一步的，所述步骤1)中，包括：

11)建立计算域并将整个计算域进行离散化；

12)将离散化后得到网格投到CFD计算软件中模拟高寒动车组实际运行时转向架区域的流场；

13)选择合适的边界条件参数，监控压力、速度等气动力参数，残差收敛后停止计算；

14)通过后处理软件，初步统计数值仿真计算结果，并分析转向架区域积雪结冰的成因，推测可能的堆积位置和严重程度。

进一步的，包括：

31)采用离散相模型进行两相流研究，以步骤13)设定好参数之后和数值仿真计算之前的cas文件为基础，添加用来模拟雪花的参数进行计算；

32)根据离散相模型研究中生成雪粒子的轨迹动画，能够直观地看到模拟的雪花的运动情况，分析转向架区域发生积雪结冰的位置和严重程度；