Разработка численной модели аэродинамического взаимодействия высокоскоростного поезда, воздушной среды и объектов инфраструктуры
https://doi.org/10.30932/1992-3252-2022-20-4-1
Аннотация
Проектирование высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ) требует обязательного учёта нагрузок от аэродинамического взаимодействия движущегося поезда, воздушной среды и объектов инфраструктуры, действующих как на конструкции и сооружения, так и на сам поезд.
Определение характера и интенсивности нагрузки наиболее целесообразно осуществлять в программных комплексах вычислительной гидрогазодинамики.
В целях определения оптимального подхода кмоделированию процессов аэродинамического взаимодействия движущегося высокоскоростного поезда и воздушной среды, а также оценки степени его достоверности, в программном комплексе ANSYS CFX была выполнена серия расчётов с применением различных подходов к построению расчётных моделей (метод скользящих сеток и метод погруженного тела). Анализ их результатов позволяет определить область рационального применения рассмотренных подходов при разработке расчётных моделей аэродинамического взаимодействия.
Для верификации разработанных расчётных моделей были выполнены экспериментальные измерения аэродинамического воздействия высокоскоростного электропоезда «Сапсан» на воздушную среду. Также разработанные модели были верифицированы по результатам аналогичных зарубежных экспериментальных исследований. Сопоставление результатов численного моделирования и экспериментальных измерений позволяет сделать вывод о достаточной степени достоверности разработанных расчётных моделей и возможности их дальнейшего использования.
Об авторе
Н. А. Лабутин
Петербургский государственный университет путей сообщения
Россия
Россия
Лабутин Никита Андреевич − инженер, аспирант кафедры «Мосты»
Санкт-Петербург, Императора Александра I
Список литературы
1. Смирнов В. Н., Дьяченко А. О., Дьяченко Л. К. Особенности проектирования мостов на высокоскоростных железнодорожных магистралях // БРНИ. − 2017. − № 3. – С. 69−81. [Электронный ресурс]: http://brni.info/download/выпуск-24.pdf (полный текст номера). Доступ 03.07.2022.
2. Ватулина Е. Я., Комиссаров Е. В., Поляков Б. О., Ватулин Я. С. Проектирование защитных сооружений приближённых строений железнодорожной инфраструктуры на основе методики оценки аэродинамического влияния высокоскоростного подвижного состава // Вестник научных конференций. – 2016. − № 4–2. − С. 26–34. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26083569. Доступ 03.07.2022.
3. Лазаренко Ю. М., Капускин А. Н. Аэродинамическое воздействие высокоскоростного электропоезда «Сапсан» на пассажиров на платформах и на встречные поезда при скрещении // Вестник ВНИИЖТ. − 2012. − № 4. − С. 11−14. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=17876171. Доступ 03.07.2022.
4. Baker, С. J. A review of train aerodynamics. Part 1 – Fundamentals. The Aeronautical Journal, 2014, Vol. 118, Iss. 1201, pp. 201−228. DOI: https://doi.org/10.1017/S000192400000909X [ограниченный доступ].
5. Baker, C. J. A review of train aerodynamics. Part 2 – Application. The Aeronautical Journal, 2014, Vol. 118, Iss. 1202, pp. 345−382. DOI: https://doi.org/10.1017/S0001924000009179 [ограниченный доступ].
6. Казакевич М. Н. Аэродинамика мостов. − М.: Транспорт, 1987. – 240 с.
7. Айрапетов А. Б., Катунин А. В. Исследование картины аэродинамического взаимодействия скоростного поезда, движущегося под конструкцией автомобильного путепровода на установке прямого движения // Материалы XXVII науч.-техн. конференции по аэродинамике, г. Жуковский, Московская область, 21–22 апреля 2016 года. Центральный Аэрогидродинамический институт имени проф. Н. Е. Жуковского (ЦАГИ): 2016. – С. 23–24. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26232990. Доступ 03.07.2022.
8. Смирнов Е. М., Зайцев Д. К. Метод конечных объёмов в приложении к задачам гидрогазодинамики и теплообмена в областях сложной геометрии // Научнотехнические ведомости. − 2004. − № 2. − С. 1−22. [Электронный ресурс]: https://https://aero.spbstu.ru/publ/smirnov3.pdf. Доступ 03.07.2022.
9. Gullberg, R. Computational Fluid Dynamics in OpenFOAM. Mesh Generation and Quality. TKP 4555 Advanced Process Simulation. Norwegian University of Science and Technology. Final Report, 2017. [Электронный ресурс]: https://folk.ntnu.no/preisig/HAP_Specials/AdvancedSimulation_files/2017/project%20reports/CFD/Rebecca%20Gullberg%20-%20CFD_Mesh_Report.pdf. Доступ 03.07.2022.
10. Khayrulina, A., Blocken, B., Janssen, W., Straathof, J. CFD simulation of train aerodynamics: Traininduced wind conditions at an underground railroad passenger platform. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2015, Vol. 139, pp. 100−110. DOI:10.1016/j.jweia.2015.01.019.
11. Iliadis, P., Hemida, H., Soper, D., Baker, C. Numerical simulations of the separated flow around a freight train passing through a tunnel using the sliding mesh technique. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2019, Vol. 234, Iss. 6, pp. 638–654. DOI: https://doi.org/10.1177/0954409719851421.
12. Yebo, Liu; Hemida, H., Zhiming, Liu. Large eddy simulation of the flow around a train passing a stationary freight wagon. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit, 2013, Vol. 228, Iss. 5, pp. 535–545. DOI: https://doi.org/10.1177/0954409713488096.
13. Вальгер С. А., Фёдоров А. В., Фёдорова Н. Н. Моделирование несжимаемых турбулентных течений в окрестности плохообтекаемых тел с использованием ПК ANSYS Fluent // Вычислительные технологии. − 2013. − № 5. − С. 27−40. [Электронный ресурс]: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20345326. Доступ 03.07.2022.
14. Локтев А. А., Королев В. В., Поддаева О. И., Степанов К. Д., Черников И. Ю. Математическое моделирование аэродинамического поведения антенномачтовых сооружений при организации связи на железнодорожном транспорте // Вестник ВНИИЖТ. − 2018. − № 2 (77). − С. 77−83. DOI:10.21780/2223-9731-2018-77-2-77-83.
15. Maleki, S., Burton, D., Thompson, M.C. Assessment of various turbulence models (ELES, SAS, URANS and RANS) for predicting the aerodynamics of freight train container wagons. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2017, Vol. 170, pp. 68–80. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jweia.2017.07.008 [ограниченный доступ].
16. Zampieri, A., Rocchi, D., Schito, P., Somaschini, C. Numerical-experimental analysis of the slipstream produced by a high-speed train. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2019, Vol. 196, art. 104022. DOI:10.1016/j.jweia.2019.104022 [ограниченный доступ].
17. Лабутин Н. А., Дьяченко Л. К., Ланг А. В. Экспериментальные измерения аэродинамики подвижного состава // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. – 2022. – № 3 (62). – С. 40–48. DOI:10.52170/1815-9265_2022_62_40.
18. Hoffmeister, B. Lärmschutzwände an Hochgeschwindigkeitsstrecken der Bahn – eine Herausforderung für den Leichtbau. D-A-CH Tagung der Österreichischen Gesellschaft für Erdbebeningenieurwesen und Baudynamik. Vienna, 27−28 September 2007, pp. 1−11. [Электронный ресурс]: http://oge.or.at/pdf/d-a-ch_2007/05_Laermschutzwaende-an-Hochgeschwindigkeitsstrecken_eine-Herausforderung-fuer-den-Leichbau.pdf/. Доступ 03.07.2022.
Рецензия
Для цитирования:
Лабутин Н.А. Разработка численной модели аэродинамического взаимодействия высокоскоростного поезда, воздушной среды и объектов инфраструктуры. Мир транспорта. 2022;20(4):6-16. https://doi.org/10.30932/1992-3252-2022-20-4-1
For citation:
Labutin N.A. Development of a Numerical Model of the Aerodynamic Interaction of a High-Speed Train, Air Environment and Infrastructure Facilities. World of Transport and Transportation. 2022;20(4):6-16. https://doi.org/10.30932/1992-3252-2022-20-4-1
Просмотров:
332
Послать статью по эл. почте 