动车组车体新技术

时间:2025-03-07

动车组空气动力学,密封技术及噪声防治演讲文稿

动车组车体新技术第 六 组 组 员:李 兴 辉 郭 亚 洲 理 陈

动车组空气动力学,密封技术及噪声防治演讲文稿

流线形车体结构随着列车运行速度的提高,周围空气的动力作用对列车和列车运 行性能产生影响;同时,列车高速运行引起的气动现象对周围环 境也产生影响,这就是高速列车的空气动力学问题。 1、动车组运行中列车承受表面压力当动车组在空旷地带直线行驶时,空气绕流列车外表面。从风洞试验 结果来看,列车表面压力可以分为三个区域:头车鼻尖部位正对来流方向 为正压区;头部附近的高负压区:从鼻尖向上及向两侧,正压逐渐减小变 为负压,接近与车身连接处的顶部与侧面处,负压达到最大值;头车车身、 拖车和尾车车身为低负压区。因此,在动车(头车)上布置空调装置及冷 却系统进风口时,布置在靠近鼻尖的区域内,此处正压较大,进风容易, 而排风口则应布置在负压较大的顶部与侧面。在有侧向风作用下,列车表 面压力分布发生很大变化,当列车在曲线上运行又遇到强侧风时,还会影 响到列车的倾覆安全性。

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流线形车体结构2、动车组会车时列车承受表面压力 、当一列车与另一列车会车时,将在两列相对运行列车一侧的侧墙上引 起压力波(压力脉冲)。这是由于相对运动的列车车头对空气的挤压, 将在与之交会的另一列车侧壁上掠过,使列车间侧壁上的空气压力产生 很大的波动。随着会车列车速度的大幅度提高,会车压力波的强度将急 剧增大。这一压力波动产生的冲击力可造成门窗密封的破坏,车窗玻璃 破碎。压力波传入车内会引起乘客耳感不适以及影响周围环境等。

3、动车组通过隧道时列车承受表面压力 、列车在隧道中运行时,将引起隧道内空气压力急剧波动,因此列车 表面上各处的压力也呈快速大幅度变动状况,完全不同于在明线上的表 面压力分布。压力波幅值的变动与列车速度、列车长度、堵塞系数(列 车横截面积与隧道横截面积的比值)、头型系数(又称长细比,即车头 前端鼻形部位长度与车头后部车身断面半径之比)以及列车侧面和隧道 侧面的摩擦系数等因素有关,其中以堵塞系数和列车速度为重要的影响 参数。

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(1)当列车驶入隧道瞬间,由于空气的压缩性及列车壁和隧道壁限制了空 气侧向流和向上流的空间,使紧贴车头前的空气受到压缩并随列车向前 流动,造成列车前方的空气压力突然升高,产生压缩波。被列车排挤的 另一部分空气则通过环状空间向列车后方流动。随着列车的进一步驶入 隧道,环状空间长度逐步增大,使车前隧道空间的空气压力继续升高, 即压缩波的强度继续增大,直到列车全部进入隧道为

止。该波以声速向 前传播。波前方的空气流速为零,而波后方的空气以一定的流速随着列 车向前流动。压缩波传播到出口后,一部分以膨胀波形式反射回来,另 一部分以微气压波形式传出隧道出口。 (2)当列车尾端进入隧道后,由于车尾产生的负压低于大气压力,原先经 过环状空间流到隧道入口外的空气改变流向,流入列车后方的隧道空间, 而且隧道外的空气也流入该空间。由于经环状空间流入车后隧道空间的 空气流量小于列车所排挤开的空气流量,于是在列车尾端形成了低于洞 口外大气压的压力,即产生膨胀波,该波沿隧道以声速向出口方向传播。 传播到出口端后,大部分以压缩波形式反射回来,沿隧道长度方向向进 口端传播。 (3)由于壁面摩擦不断消耗波的能量,以及波在隧道两端和列车两端处多 次反射和传递使得压缩波和膨胀波相互重叠,所以压缩波和膨胀波的强 度逐渐衰减。同时,各种传递波和反射波的叠加,形成了隧道内空气压 力随时间变化而波动。 (4)对于一系列前后相继的隧道空气压缩波,后面的波速比前面的波速 快,最终可能叠加在一起而形成激波

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流线形车体结构4、列车风当列车高速行驶时,在线路附近产生空气运动,这就是列车风。当列 车以时速200公里行驶时,在轨面以上0.814米、距列车1.75米处的空气运 动速度将达到17米/秒,当列车以这样或更高的速度通过车站时,列车风 对人和物的危害就不可忽视。高速列车通过隧道时,在隧道中所引起的纵 向气流速度约与列车速度成正比。在隧道中列车风将使得道旁的工人失去 平衡以及将固定不牢的设备等吹落在隧道中。铁路规定,在列车速度高于 160公里/小时行驶时不允许铁路员工进入隧道。列车速度稍低时,也不允 让员工在隧道中行走和工作,必须要在避车洞内等待列车通过。

5、运动列车受力列车运行中受到多个力的作用,其中有空气阻力、升力、横向力以及 纵向摆动力矩、扭摆力矩和侧滚力矩等。针对上述动车组所受空气动力, 必须进行满足空气动力学特性的动车组外型设计。对于高速动车组来说, 列车头型设计非常重要,好的头型设计可以有效地减少运行空气阻力、列 车交会压力波,

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