略說高鐵側(cè)風(fēng)實(shí)驗(yàn)研究

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1路堤線路周圍計算結(jié)果分析

不同斜率路堤時測風(fēng)站位置及風(fēng)速相關(guān)性路堤外形采用不同斜率的邊坡。根據(jù)文獻(xiàn)，路堤邊坡的最大斜率為1.0:1.5。此處取斜率的倒數(shù)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(fēng)點(diǎn)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(fēng)站的測風(fēng)儀只能測量風(fēng)速的水平分量，為了了解線路周圍水平風(fēng)速與矢量風(fēng)速的區(qū)別，圖中同時給出矢量速度和水平風(fēng)速。可以看出：路堤對氣流有加速作用，風(fēng)速在經(jīng)過爬坡加速后均在軌面上方達(dá)到最大值，而后逐漸減小，風(fēng)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(jīng)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(fēng)儀來推導(dǎo)線路上方風(fēng)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(fēng)速會降低，之后迅速增大。由于在駐點(diǎn)處風(fēng)速變化率為0，坐標(biāo)處位置的微小變化并不會導(dǎo)致風(fēng)速發(fā)生較大變化。因此，建議在此位置處安裝測風(fēng)站，可以有效避免安裝誤差引起的測量風(fēng)速的偏差。也說明：無論測風(fēng)站安裝在上風(fēng)區(qū)還是下風(fēng)區(qū)，其讀數(shù)均遠(yuǎn)小于線路上方的風(fēng)速，據(jù)測風(fēng)站所測風(fēng)速對列車速度限制管理會影響到列車的安全運(yùn)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(fēng)速矢量基本為水平方向，在同一高度下，水平方向風(fēng)速變化不大，當(dāng)風(fēng)速儀安裝在此位置時，讀數(shù)較準(zhǔn)確；而在背風(fēng)側(cè)，由于存在漩渦，在靠近地面的地方沿高度方向風(fēng)速變化劇烈；當(dāng)cotγ=1.5時，邊坡較陡，在護(hù)坡背風(fēng)面形成了較大的漩渦，風(fēng)速方向和速度都發(fā)生了較大的變化；當(dāng)cotγ=5.0時，邊坡較平緩，在背風(fēng)側(cè)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(qū)域沿高度方向形成剪切流，因此，沿高度方向，風(fēng)速方向雖然沒有變化，但速度發(fā)生了較大變化。由于風(fēng)速儀迎風(fēng)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(fēng)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(fēng)速也不同。

2結(jié)果

可以看到氣流受到路堤的阻滯后順護(hù)坡上行，到達(dá)頂部時速度上升，在線路上方風(fēng)速最高，這說明當(dāng)測風(fēng)站安裝位置與路堤線路存在一定水平距離時，必須對測風(fēng)儀讀數(shù)進(jìn)行修正。不同路堤斜率下軌道處風(fēng)速分布及其與路堤上方風(fēng)速之間的關(guān)系。以蘭新線上測風(fēng)站安裝高度即軌面上方4.5m的垂向高度為準(zhǔn)，進(jìn)一步明確測風(fēng)站的水平安裝位置，考慮將測風(fēng)站設(shè)置在路堤迎風(fēng)面。取出中路堤前方風(fēng)速駐點(diǎn)與軌道最左側(cè)“n”點(diǎn)的距離Xr，此處風(fēng)速即為測風(fēng)站所測風(fēng)速Umu(測風(fēng)站處于上風(fēng)區(qū)時風(fēng)速)。實(shí)際上，線路兩側(cè)都可能是來流方向，當(dāng)出現(xiàn)反向來流時，測風(fēng)站位置不變，則此時測風(fēng)站所測風(fēng)速應(yīng)為下風(fēng)區(qū)相應(yīng)位置處的風(fēng)速Umd(測風(fēng)站處于下風(fēng)區(qū)時風(fēng)速)，Ur為軌道中心線上方4.5m高度處最高風(fēng)速。同時，為了便于修正測風(fēng)站風(fēng)速，列出了其與線路上方最高風(fēng)速的比值。考慮到測風(fēng)站分布的不連續(xù)性，有時也需要根據(jù)氣象部門的預(yù)報(遠(yuǎn)方來流在水平面上方10m高處的風(fēng)速)結(jié)合周圍環(huán)境來估算線路上方風(fēng)速，因此，同時給出了氣象站風(fēng)速Uα與線路上方風(fēng)速的比值。其中，氣象站風(fēng)速根據(jù)入口給定的風(fēng)速U10=10m/s，推導(dǎo)得到10m高處的風(fēng)速為Uα=10m/s。可以看出：隨著cotγ增大，風(fēng)速駐點(diǎn)所處位置與軌面左側(cè)“n”點(diǎn)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(fēng)站風(fēng)速、氣象站風(fēng)速與線路上方最高風(fēng)速的關(guān)系：可以看出：無論哪一側(cè)來流，線路上方風(fēng)速均與測風(fēng)站所測風(fēng)速以及氣象站預(yù)報風(fēng)速呈正比。根據(jù)測風(fēng)站風(fēng)向，判斷測風(fēng)站處于上風(fēng)區(qū)還是下風(fēng)區(qū)，并按照式推導(dǎo)出線路上方風(fēng)速，或根據(jù)氣象站預(yù)報風(fēng)速根據(jù)式，推導(dǎo)出線路上方風(fēng)速，以此來預(yù)測車輛的運(yùn)行安全性，指揮列車在風(fēng)區(qū)安全運(yùn)行。對測風(fēng)站與軌道左側(cè)“n”點(diǎn)的距離與cotγ之間的關(guān)系進(jìn)行線性曲線擬合得到公式：8.1633cot14.166rX(3)式(3)中相關(guān)系數(shù)R2=0.9961，因此，可直接依據(jù)，結(jié)合路堤斜率確定測風(fēng)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(xué)