(2.2)--(2)中车集团株洲车辆有限公司：列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运.ppt

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

铁路机车行驶于高寒积雪恶劣环境时，容易在列车前挡风玻璃上积雪，进而影响驾驶员能见度，可能会导致列车运行安全事故。国际标准规范CEN-TＲ16251提出列车上线前需在人工气候室进行飘雪实验。本案例依托某列车人工气候模拟实验室，采用数值模拟与实验相结合的方法探究列车气候室内冰雪粒子运动轨迹及玻璃覆雪特性研究，建立综合多参数的冰雪粒子运动轨迹预测模型。

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研究背景据中国铁路某局统计，铁路交通事故共计发生19237起，14.3%的铁路行车事故由于外部环境影响导致，轨道列车安全事故导致铁路运营和经济损失严重，在限制车速后，极大降低了列车运行事故的风险。但是外部环境仍是造成危险的影响因素，因此此项目研究结果可为列车气候室飘雪实验方案的实施提供技术支持。

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

冰雪粒子的形成和运动的理论基础不同环境温度和过饱和度形成的雪颗粒类型

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冰雪粒子的形成和运动的理论基础不同形状雪颗粒的发展过程

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

冰雪粒子运动形式冰雪粒子运动形式也分为三种：蠕移、跃移与悬移，但是悬移和跃移不再受到来风风速的制约地面风吹雪过程雪粒子的运动形式自然降雪过程雪粒子的运动形式

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冰雪粒子空中受力分析示意图冰雪粒子受力分析一类是不受气候室内流场相对变化的作用力，如重力、浮力和静电力等；另一类是与气流相对运动状态直接相关的作用力，如拖曳力、附加质量力、巴塞特力、马格努斯力及萨夫曼升力等。对气候室内冰雪粒子受力分析后发现，重力、浮力和拖曳力为主要作用力，三种力耦合作用下探究气候室内冰雪粒子的运动轨迹。

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人体整车气候室列车头前挡风玻璃覆雪实验研究实验方案数值模拟结果与验证多参数耦合下冰雪粒子运动轨迹预测模型与验证数值模型建立实验结果分析实验概况

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

实验概况试验测试现场效果图车气候模拟试验室分两层平台布置，第一层平台为气候模拟试验仓（简称气候室）第二层平台为组合空调器，包括送风段、加湿段、电加热段、表冷段、过滤段等

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可移动式一体化雨雪冰营造平台概况雨雪冰模拟系统主辅平台外观图

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

实验方案测量仪器：PT100温度传感器探头、6006型热式风速仪、DT600超声波测厚仪、钢直尺、卷尺、烧杯和电子秤等。PT100温度传感器探头6006型热式风速仪DT600超声波测厚仪卷尺钢直尺烧杯和电子秤

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

实验方案测试实验测点布置示意图为了揭示不同倾斜角度列车头前风挡玻璃的覆雪特性，设置如下十种条件玻璃倾角/o工况D/mmv0/(m/s)v/(m/s)t/oC4511.66.263.97-522.46.263.97-533.26.263.97-542.44.673.97-552.47.823.97-562.46.261.98-572.46.266.00-582.46.263.97-1092.46.263.97-1560102.46.263.97-5

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

实验结果分析冰雪粒子粒径1.6mm冰雪粒子粒径2.4mm冰雪粒子粒径3.2mm冰雪粒子初始风速4.67m/s冰雪粒子初始风速6.26m/s冰雪粒子初始风速7.82m/s不同粒径下气候室内玻璃覆雪情况不同初始风速下气候室内玻璃覆雪情况

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

实验结果分析气候室风速1.98m/s气候室风速3.97m/s气候室风速6m/s气候室温度-5oC气候室温度-10oC气候室温度-15oC不同气候室风速下气候室内玻璃覆雪情况不同气候室温度下气候室内玻璃覆雪情况

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实验结果分析实验测点速度的测试值各工况下单位体积冰雪粒子密度测试结果随着冰雪粒子逐渐远离雨雪冰模拟系统，所有工况风速呈现下降趋势

列车人工气候室飘雪过程冰雪粒子运动特性模拟研究

实验结果分析实验前实验后对得出的数据进行加权分析后得到如下结论：实验结果还发现玻璃积雪厚度范围为0.9mm~26.6mm以及玻璃上覆雪均匀系数变化范围为40.6%~84.8%部分不能满足铁路综合环境指标要求，同时结果表明，列车气候室温度的变化几乎对玻璃飘雪测试结果无影响