列车交会时周围的流场特性分析与模拟

赵庆贤 葛秀坤 邵 辉 丁香香

（常州大学环境与安全工程学院，213164，常州∥第一作者，讲师）

从1997年4月1日到2007年4月18日，中国铁路已经完成6次全面大提速，为人们的生活出行带来极大方便。然而，列车的提速也带来了很多的安全问题［1］，如：列车高速经过时会产生强烈的列车风，威胁着沿线周边建筑及人身的安全；列车提速使其受到的阻力及力矩发生很大变化，其脱轨、倾覆的可能性不断增大。为了保障列车安全高速地运行，必须了解列车行驶时其周围流场的特性。目前，国内外学者针对高速列车的侧风效应引起的安全性问题［2－3］、进入隧道时的力场变化规律［4－5］、抗倾覆问题、列车交会以及本身的结构本质安全化问题等重大问题进行了较多的研究［6－8］。本文作者利用数值计算方法对列车交会时其周围流场变化及其诱发的安全隐患进行了分析研究。

1 列车周围流场的仿真计算

1.1 选择控制方程

列车在快速运行时，其周围会形成复杂的高雷诺数三维湍流绕流场，本文采用连续性方程、流体运动方程和标准k－ε两方程模型（非直接数值模拟方法）作为控制方程对其进行求解。

连续性方程：

式中：

ρ——密度；

t——时间；

ui——x，y，z三个方向上的速度分量；

μ——动力黏度；

fi——三个方向上的质量力；

σij——x，y，z三个方向上的法向应力（下标i，j可取x，y，z以表示不同空间坐标）；

Gb——不可压缩流体（Gb＝0）。

根据Launder等的推荐值以及试验验证，模型常数 C1ε＝1.44，C2ε＝1.92，C3ε＝0.09，σk＝1.0，σε＝1.3。

用有限体积法离散控制方程，扩散项用二阶中心差分格式离散，对流项用一阶迎风格式离散。……