探究鐵路側(cè)坡高度對火車的影響

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1不同路堤高度時測風(fēng)站位置及風(fēng)速相關(guān)性

為了解路堤高度對線路周圍風(fēng)速的影響，此處同時對cotγ=1.5，路堤高度h分別為6，8，10，12和14m這5種情況進行數(shù)值模擬計算。根據(jù)計算結(jié)果，取得軌面上方4.5m高度處水平線上速度分布曲線，同時給出了矢量風(fēng)速和水平風(fēng)速的大小)。可以看出：隨著路堤高度的增加，線路正上方及周圍風(fēng)速明顯增加，因此，路堤存在明顯的增速效應(yīng)。但線路周圍風(fēng)速分布總體趨勢保持一致，都是氣流在路堤前方受到阻擋風(fēng)速降低，在靠近路堤時風(fēng)速迅速上升，在線路上方風(fēng)速達到最大后在路堤背風(fēng)側(cè)降低。矢量風(fēng)速與水平風(fēng)速在路堤前方有一定差距，且這些差距均隨著路堤高度的增加而增大，說明在路堤越高的線路上，使用水平風(fēng)速測量儀引起的誤差將越大；但在背風(fēng)側(cè)兩者之間的誤差較小。還可以發(fā)現(xiàn)，在路堤的前方矢量風(fēng)速和水平風(fēng)速兩者基本一致，到達駐點時兩者之間開始出現(xiàn)分離，但出現(xiàn)駐點的位置基本一致，因此，測風(fēng)站可以安裝在駐點位置，避免測風(fēng)儀讀數(shù)受到垂向風(fēng)速的影響。在不同路堤高度下，同時考慮測風(fēng)站處于上風(fēng)區(qū)和下風(fēng)區(qū)2種情況，測風(fēng)站風(fēng)速、路堤上方風(fēng)速、氣象站風(fēng)速以及三者之間的關(guān)系見表2。從表2可以看出：隨著路堤高度的增加，駐點所處位置與“n”點的距離越來越遠，駐點處風(fēng)速及線路上方風(fēng)速以及Ur/Umu，Ur/Umd和Ur/Uα則越來越大。對Ur，Umu，Umd和Uα進行擬合可得測風(fēng)站風(fēng)速、氣象站風(fēng)速與線路上方最高風(fēng)速的近似關(guān)系式：可以根據(jù)測風(fēng)站或氣象站風(fēng)速及風(fēng)向，判斷測風(fēng)站是位于上風(fēng)區(qū)還是下風(fēng)區(qū)，來推導(dǎo)線路上方風(fēng)速，進而預(yù)測車輛的運行安全性，指揮列車在風(fēng)區(qū)安全運行。對測風(fēng)站與軌道左側(cè)“n”點的距離與路堤高度h之間的關(guān)系進行線性擬合得到公式：X1.949h46.444r(6)式(6)中相關(guān)系數(shù)R2=0.9992，因此，可直接依據(jù)式結(jié)合路堤高度確定測風(fēng)站的安裝位置。

2結(jié)論

在軌面上方4.5m高度處的矢量風(fēng)速和水平風(fēng)速基本一致，采用水平風(fēng)速儀能夠反映真實風(fēng)速。測風(fēng)站應(yīng)當(dāng)安裝在線路前方風(fēng)速駐點處，其所在位置與線路左側(cè)端點的距離分別與路堤斜率和高度呈線性關(guān)系，但路堤高度對位置的影響較大。路堤邊坡斜率及路堤高度都會對線路周圍風(fēng)速分布產(chǎn)生較大的影響：當(dāng)路堤高度為10m時，線路上方風(fēng)速與測風(fēng)站風(fēng)速或氣象站風(fēng)速呈正比；當(dāng)路堤高度在6~14m間變化時，線路上方風(fēng)速與測風(fēng)站(或氣象站)風(fēng)速、路堤高度呈雙線性關(guān)系。當(dāng)測風(fēng)站位于下風(fēng)區(qū)時，其規(guī)律性與測風(fēng)站位于上風(fēng)區(qū)時的一致，僅是相關(guān)系數(shù)發(fā)生了變化。

作者：蘇見信單位：香港鐵路總公司