[发明专利]一种列车明线交会时压力波幅值与车速比关系的估算方法

说明书

本发明公开了一种列车明线交会时压力波幅值与车速比关系的估算方法，所述估算方法包括如下步骤：S1：建立列车的几何模型，保留完整的列车转向架、路基、铁轨，并划分网格；S2：确定数值模拟方法；S3：选定压力测点，确定数值模拟的工况，并进行数值仿真；S4：基于步骤S3获得的数值仿真结果完成无量纲压力波幅值与车速比之间的关系拟合。本发明估算方法获得的数值仿真结果完成无量纲压力波幅值与车速比之间的关系式具有较好的预测精度，且可以节省大量计算量和时间，得到的计算结果也可为两车交会时车速的调节控制提供参考，提高高速列车的行车安全性与乘客舒适度。

技术领域

本发明属于空气动力学领域，具体涉及高速列车明线交会时压力波幅值与车速比关系的估算方法。

背景技术

高速列车在高速行驶过程中，会产生一系列空气动力学相关问题。高速列车明线交会时相对速度很大，在交会的短时间内两车之间气流产生剧烈波动，并产生较大的表面压力波和侧向力，影响车辆行驶的稳定性。压力波动也会引起客车车厢内压力变化，引起乘客耳部的不适等状况。压力波与侧向力过大还会对设备舱、车窗等车体结构安全性产生影响。因此，为了列车的行车安全并提高乘客的乘坐舒适度，得到一个高速列车明线交会时无量纲压力波幅值与车速比之间关系的经验公式有重要的实用价值。

对于高速列车明线交会的研究方法主要包括风洞试验研究和数值研究。风洞试验研究是最基本且可信度最高的研究方法，其结果常用来标定与修正数值研究的结果，然而其成本昂贵，费时费力，且极限条件下的风洞试验研究由于实验条件以及安全性的影响常常无法进行；数值研究是对实际物理情景进行一定的简化，建立相应的数学物理模型，通过计算机数值仿真便可以得到与实际相符的结果。数值研究可以以低成本快速得到较为可靠的结果，近些年来越来越广泛的应用于科学研究与工程实践中。

影响明线交会压力波的主要因素有行驶速度、线间距、列车头型号等，但车速一直是最主要的、也是调节余地最大的影响因素。目前关于高速列车静止交会、等速和不等速交会都有较多的研究，同时前人也给出了一系列的回归关系式，但并未揭示不等速交会与等速交会压力波之间的关系，且前人的研究中多采用简化模型，列车模型编组较少，不能反映列车真实外形对压力波的影响。

由于高速列车明线交会时的压力波幅值对行车安全、车体结构等具有重大的影响，同时为了便于揭示不等速交会与等速交会压力波之间的关系，结合时间成本因素，有必要通过数值研究方法拟合出无量纲压力波幅值与速度比的关系。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种列车明线交会时压力波幅值与车速比关系的估算方法，有助于正确计算高速列车明线交会时无量纲压力波幅值与车速比之间的关系，进而保障高速列车行车安全。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种列车明线交会时压力波幅值与车速比关系的估算方法，所述估算方法包括如下步骤：S1：建立列车的几何模型，保留完整的列车转向架、路基、铁轨，并划分网格；S2：确定数值模拟方法，确定数值模拟方法包括：确定计算算法，确定湍流模型、确定动网格方法以及确定滑移面的插值算法；S3：选定压力测点，确定数值模拟的工况，并进行数值仿真；S4：基于步骤S3获得的数值仿真结果完成无量纲压力波幅值与车速比之间的关系拟合。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S2中，计算算法采用求解低速流动的压力修正算法求解RANS方程；湍流模型采用 模型，动网格方法采用滑移网格方法，滑移面的插值算法采用守恒型插值算法。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S3中，按照快慢车车速比在0-1的范围内选定若干工况点作为压力测点。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中建立列车的几何模型过程中，列车的列车头型号包括CRH380、CRH350、CRH250和CRH1-6型车头，列车采用八车编组模式构成。

根据一个优选的实施方式，所述步骤S1中划分的网格采用结构网格或非结构网格。