强风沙环境下接触网正馈线舞动响应研究

作     者：赵珊鹏 张鹏飞 张友鹏 葛磊蛟 刘源涛 李军丽 任丽苗 

作者机构：兰州交通大学自动化与电气工程学院 甘肃省轨道交通电气自动化工程实验室(兰州交通大学) 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51867013) 国铁集团系统性重大科技项目(2024XTZD03) 中国铁路北京局集团有限公司科技研究开发计划(2024AGD03) 天津市自然科学基金多元投入重点项目(22JCZDJC00660) 

主　　题：风沙环境 正馈线 欧拉两相流 体积分数 气动特性 舞动响应 

摘      要：我国西北兰新高铁沿途地区风力强劲及荒漠化严重，频繁遭遇沙尘暴的侵袭。为了探究强风沙环境对兰新高铁接触网正馈线舞动的影响，基于SST k-ω湍流模型和欧拉-欧拉双流体模型，建立接触网正馈线空气动力学计算模型，模拟得到正馈线位置处风速及风仰角变化规律，并探究不同沙粒浓度及风速条件下接触网正馈线气动特性。继而，通过ANSYS有限元软件建立正馈线有限元模型，利用Davenport风速谱模拟正馈线处脉动风场，并对导线施加相应风荷载，分析正馈线在强风沙环境中的舞动响应。研究结果表明：随着沙粒相体积分数的增大，导线后的尾流震荡逐渐消失，流场的速度分布趋于平均化。导线的气动阻力系数随风速的增大而减小，随沙粒浓度的增加而呈明显递增趋势；气动升力系数较净风环境波动幅度减小，呈正负交替变化且趋近于0，具有随机性。同时，在沙粒浓度为4%，风速为20m/s和30m/s时，正馈线水平位移和垂直位移分别出现峰值，相较净风环境增大了70.7%和38.6%，其动张力最高可达净风环境的155%。风沙流使得正馈线脱离自振频率且位移频谱增加，风速为15m/s，沙粒体积分数为4%时，正馈线水平和垂直位移频谱增大约77.5%和11.3%。研究成果可进一步揭示风沙影响下接触网附加导线舞动机理，为沙尘暴环境下接触网抗舞设计提供理论支撑。