探究铁路侧坡高度对火车的影响

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1不同路堤高度时测风站位置及风速相关性

为了解路堤高度对线路周围风速的影响，此处同时对cotγ=1.5，路堤高度h分别为6，8，10，12和14m这5种情况进行数值模拟计算。根据计算结果，取得轨面上方4.5m高度处水平线上速度分布曲线，同时给出了矢量风速和水平风速的大小)。可以看出：随着路堤高度的增加，线路正上方及周围风速明显增加，因此，路堤存在明显的增速效应。但线路周围风速分布总体趋势保持一致，都是气流在路堤前方受到阻挡风速降低，在靠近路堤时风速迅速上升，在线路上方风速达到最大后在路堤背风侧降低。矢量风速与水平风速在路堤前方有一定差距，且这些差距均随着路堤高度的增加而增大，说明在路堤越高的线路上，使用水平风速测量仪引起的误差将越大；但在背风侧两者之间的误差较小。还可以发现，在路堤的前方矢量风速和水平风速两者基本一致，到达驻点时两者之间开始出现分离，但出现驻点的位置基本一致，因此，测风站可以安装在驻点位置，避免测风仪读数受到垂向风速的影响。在不同路堤高度下，同时考虑测风站处于上风区和下风区2种情况，测风站风速、路堤上方风速、气象站风速以及三者之间的关系见表2。从表2可以看出：随着路堤高度的增加，驻点所处位置与“n”点的距离越来越远，驻点处风速及线路上方风速以及Ur/Umu，Ur/Umd和Ur/Uα则越来越大。对Ur，Umu，Umd和Uα进行拟合可得测风站风速、气象站风速与线路上方最高风速的近似关系式：可以根据测风站或气象站风速及风向，判断测风站是位于上风区还是下风区，来推导线路上方风速，进而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”点的距离与路堤高度h之间的关系进行线性拟合得到公式：X1.949h46.444r(6)式(6)中相关系数R2=0.9992，因此，可直接依据式结合路堤高度确定测风站的安装位置。

2结论

在轨面上方4.5m高度处的矢量风速和水平风速基本一致，采用水平风速仪能够反映真实风速。测风站应当安装在线路前方风速驻点处，其所在位置与线路左侧端点的距离分别与路堤斜率和高度呈线性关系，但路堤高度对位置的影响较大。路堤边坡斜率及路堤高度都会对线路周围风速分布产生较大的影响：当路堤高度为10m时，线路上方风速与测风站风速或气象站风速呈正比；当路堤高度在6~14m间变化时，线路上方风速与测风站(或气象站)风速、路堤高度呈双线性关系。当测风站位于下风区时，其规律性与测风站位于上风区时的一致，仅是相关系数发生了变化。

作者：苏见信单位：香港铁路总公司