略说高铁侧风实验研究

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1路堤线路周围计算结果分析

不同斜率路堤时测风站位置及风速相关性路堤外形采用不同斜率的边坡。根据文献，路堤边坡的最大斜率为1.0:1.5。此处取斜率的倒数cotγ分别为1.5，2.0，3.0，4.0和5.0。由于兰新线上布置的测风点都是选取在轨道上方4.5m高的水平面，为便于对比及参考，此处选取轨道上方4.5m处作为参考高度。轨面上方4.5m高度处水平线上速度分布曲线。由于一般测风站的测风仪只能测量风速的水平分量，为了了解线路周围水平风速与矢量风速的区别，图中同时给出矢量速度和水平风速。可以看出：路堤对气流有加速作用，风速在经过爬坡加速后均在轨面上方达到最大值，而后逐渐减小，风速分布近似呈抛物线形；各工况中速度矢量大小和水平分量差别不大，即来流为水平方向时，经过路堤的阻滞与加速作用，垂向分量相对水平分量很小，尤其是在轨面上方，曲线几乎重合；随着cotγ的增大(路堤斜率减小)，两者之间差别趋于减小。为此，采用水平测风仪来推导线路上方风速造成的误差越小；气流在轨面前方受到路堤的阻滞，在靠近路堤的地方风速会降低，之后迅速增大。由于在驻点处风速变化率为0，坐标处位置的微小变化并不会导致风速发生较大变化。因此，建议在此位置处安装测风站，可以有效避免安装误差引起的测量风速的偏差。也说明：无论测风站安装在上风区还是下风区，其读数均远小于线路上方的风速，据测风站所测风速对列车速度限制管理会影响到列车的安全运行。分别为cotγ=1.5和cotγ=5.0时路堤周围速度流线。以看出：路堤前方风速矢量基本为水平方向，在同一高度下，水平方向风速变化不大，当风速仪安装在此位置时，读数较准确；而在背风侧，由于存在漩涡，在靠近地面的地方沿高度方向风速变化剧烈；当cotγ=1.5时，边坡较陡，在护坡背风面形成了较大的漩涡，风速方向和速度都发生了较大的变化；当cotγ=5.0时，边坡较平缓，在背风侧没有形成漩涡，但是，受到地面摩擦的影响，轨面以下靠近地面的区域沿高度方向形成剪切流，因此，沿高度方向，风速方向虽然没有变化，但速度发生了较大变化。由于风速仪迎风面有一定的面积，装在此位置时会造成较大误差，而高于轨面上方处，流线方向基本一致，因此，风速仪必须安装在轨面上方位置。而即使在轨面上方同一个高度处，风速也不同。

2结果

可以看到气流受到路堤的阻滞后顺护坡上行，到达顶部时速度上升，在线路上方风速最高，这说明当测风站安装位置与路堤线路存在一定水平距离时，必须对测风仪读数进行修正。不同路堤斜率下轨道处风速分布及其与路堤上方风速之间的关系。以兰新线上测风站安装高度即轨面上方4.5m的垂向高度为准，进一步明确测风站的水平安装位置，考虑将测风站设置在路堤迎风面。取出中路堤前方风速驻点与轨道最左侧“n”点的距离Xr，此处风速即为测风站所测风速Umu(测风站处于上风区时风速)。实际上，线路两侧都可能是来流方向，当出现反向来流时，测风站位置不变，则此时测风站所测风速应为下风区相应位置处的风速Umd(测风站处于下风区时风速)，Ur为轨道中心线上方4.5m高度处最高风速。同时，为了便于修正测风站风速，列出了其与线路上方最高风速的比值。考虑到测风站分布的不连续性，有时也需要根据气象部门的预报(远方来流在水平面上方10m高处的风速)结合周围环境来估算线路上方风速，因此，同时给出了气象站风速Uα与线路上方风速的比值。其中，气象站风速根据入口给定的风速U10=10m/s，推导得到10m高处的风速为Uα=10m/s。可以看出：随着cotγ增大，风速驻点所处位置与轨面左侧“n”点的距离Xr越来越大，而Ur与Umu的比值越来越小，Ur与Umd的比值则有所增大。通过曲线拟合可得测风站风速、气象站风速与线路上方最高风速的关系：可以看出：无论哪一侧来流，线路上方风速均与测风站所测风速以及气象站预报风速呈正比。根据测风站风向，判断测风站处于上风区还是下风区，并按照式推导出线路上方风速，或根据气象站预报风速根据式，推导出线路上方风速，以此来预测车辆的运行安全性，指挥列车在风区安全运行。对测风站与轨道左侧“n”点的距离与cotγ之间的关系进行线性曲线拟合得到公式：8.1633cot14.166rX(3)式(3)中相关系数R2=0.9961，因此，可直接依据，结合路堤斜率确定测风站的安装位置。

作者：苗秀娟曾祥坤高广军单位：长沙理工大学