基于风洞试验和CFD仿真的350km/h高速铁路飞砟研究

作者：井国庆; 杜文博; 丁东^*; 汲生成

来源：中南大学学报(自然科学版), 2020, 51(12): 3546-3553.

• 有砟轨道
• 飞砟
• 风洞试验
• CFD仿真
• 空气动力学

研究350 km/h高速列车作用下,有砟道床表面流场和空气动力特性、道床断面形式对飞砟问题的影响以及小粒径单个道砟的风动特性。构造有砟轨道钢轨—轨枕—道床半边模型并进行风洞试验,同时利用k-ωSST双方程湍流模型和不可压缩三维定常雷诺时均方程(RANS)进行CFD仿真分析。研究结果表明:轨枕盒内部风压存在由正变负的现象,降幅约为300 Pa,最大负风压出现在轨枕背风面和端部,约为-400 Pa;道床中心处负风压大、风速高且相对稳定;距离道床表面越远,负压越大;钢轨附近风压波动大,外侧负压小于内测负压;钢轨两侧轨枕盒内风速变化大且产生小幅度空腔涡流和明显后台阶流动效应;负风压随砟肩堆高增加而增大,50 mm的砟肩增高会引起2%～5%的负风压增幅,为在防治飞砟的同时兼顾轨道结构稳定性,砟肩堆高宜选用100 mm;降低道床顶面位置对其表面风场特性无显著改善,但可减少道砟落在轨枕表面的概率;道砟颗粒在风荷载作用下先发生颤动再发生滚动,轨枕表面、轨道中心和砟肩部位道砟更易发生移动,为防治飞砟应及时清理轨枕表面道砟。

• 单位
  北京交通大学; 建筑工程学院