略說高鐵側風實驗研究

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1路堤線路周圍計算結果分析

不同斜率路堤時測風站位置及風速相關性路堤外形采用不同斜率的邊坡。根據文獻，路堤邊坡的最大斜率為1.0:1.5。此處取斜率的倒數cotγ分別為1.5，2.0，3.0，4.0和5.0。由于蘭新線上布置的測風點都是選取在軌道上方4.5m高的水平面，為便于對比及參考，此處選取軌道上方4.5m處作為參考高度。軌面上方4.5m高度處水平線上速度分布曲線。由于一般測風站的測風儀只能測量風速的水平分量，為了了解線路周圍水平風速與矢量風速的區別，圖中同時給出矢量速度和水平風速。可以看出：路堤對氣流有加速作用，風速在經過爬坡加速后均在軌面上方達到最大值，而后逐漸減小，風速分布近似呈拋物線形；各工況中速度矢量大小和水平分量差別不大，即來流為水平方向時，經過路堤的阻滯與加速作用，垂向分量相對水平分量很小，尤其是在軌面上方，曲線幾乎重合；隨著cotγ的增大(路堤斜率減小)，兩者之間差別趨于減小。為此，采用水平測風儀來推導線路上方風速造成的誤差越小；氣流在軌面前方受到路堤的阻滯，在靠近路堤的地方風速會降低，之后迅速增大。由于在駐點處風速變化率為0，坐標處位置的微小變化并不會導致風速發生較大變化。因此，建議在此位置處安裝測風站，可以有效避免安裝誤差引起的測量風速的偏差。也說明：無論測風站安裝在上風區還是下風區，其讀數均遠小于線路上方的風速，據測風站所測風速對列車速度限制管理會影響到列車的安全運行。分別為cotγ=1.5和cotγ=5.0時路堤周圍速度流線。以看出：路堤前方風速矢量基本為水平方向，在同一高度下，水平方向風速變化不大，當風速儀安裝在此位置時，讀數較準確；而在背風側，由于存在漩渦，在靠近地面的地方沿高度方向風速變化劇烈；當cotγ=1.5時，邊坡較陡，在護坡背風面形成了較大的漩渦，風速方向和速度都發生了較大的變化；當cotγ=5.0時，邊坡較平緩，在背風側沒有形成漩渦，但是，受到地面摩擦的影響，軌面以下靠近地面的區域沿高度方向形成剪切流，因此，沿高度方向，風速方向雖然沒有變化，但速度發生了較大變化。由于風速儀迎風面有一定的面積，裝在此位置時會造成較大誤差，而高于軌面上方處，流線方向基本一致，因此，風速儀必須安裝在軌面上方位置。而即使在軌面上方同一個高度處，風速也不同。

2結果

可以看到氣流受到路堤的阻滯后順護坡上行，到達頂部時速度上升，在線路上方風速最高，這說明當測風站安裝位置與路堤線路存在一定水平距離時，必須對測風儀讀數進行修正。不同路堤斜率下軌道處風速分布及其與路堤上方風速之間的關系。以蘭新線上測風站安裝高度即軌面上方4.5m的垂向高度為準，進一步明確測風站的水平安裝位置，考慮將測風站設置在路堤迎風面。取出中路堤前方風速駐點與軌道最左側“n”點的距離Xr，此處風速即為測風站所測風速Umu(測風站處于上風區時風速)。實際上，線路兩側都可能是來流方向，當出現反向來流時，測風站位置不變，則此時測風站所測風速應為下風區相應位置處的風速Umd(測風站處于下風區時風速)，Ur為軌道中心線上方4.5m高度處最高風速。同時，為了便于修正測風站風速，列出了其與線路上方最高風速的比值。考慮到測風站分布的不連續性，有時也需要根據氣象部門的預報(遠方來流在水平面上方10m高處的風速)結合周圍環境來估算線路上方風速，因此，同時給出了氣象站風速Uα與線路上方風速的比值。其中，氣象站風速根據入口給定的風速U10=10m/s，推導得到10m高處的風速為Uα=10m/s。可以看出：隨著cotγ增大，風速駐點所處位置與軌面左側“n”點的距離Xr越來越大，而Ur與Umu的比值越來越小，Ur與Umd的比值則有所增大。通過曲線擬合可得測風站風速、氣象站風速與線路上方最高風速的關系：可以看出：無論哪一側來流，線路上方風速均與測風站所測風速以及氣象站預報風速呈正比。根據測風站風向，判斷測風站處于上風區還是下風區，并按照式推導出線路上方風速，或根據氣象站預報風速根據式，推導出線路上方風速，以此來預測車輛的運行安全性，指揮列車在風區安全運行。對測風站與軌道左側“n”點的距離與cotγ之間的關系進行線性曲線擬合得到公式：8.1633cot14.166rX(3)式(3)中相關系數R2=0.9961，因此，可直接依據，結合路堤斜率確定測風站的安裝位置。

作者：苗秀娟曾祥坤高廣軍單位：長沙理工大學