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中南大学学报（自然科学版）

中南大学学报（自然科学版） wx-icon

  • 核心期刊、CA、SA、JST、EI、CSCD
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  • 主编：黄伯云
  • ISSN:1672-7207
  • CN:43-1426/N
  • 主管单位：中华人民共和国教育部
  • 主办单位：中南大学
  • 出版周期：月刊
  • 地址：湖南省长沙市中南大学校内
  • 简介：《中南大学学报（自然科学版）》创刊于1956年，是由中华人民共和国教育部主管、中南大学主办的以材料、冶金、选矿、化学化工、机电、信息、地质、采矿、土木等专业学科为主的科技期刊。
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Volume 57 期 6，2026 2026年第57卷第6期

  • 轨道交通空气动力与行车安全

    蔡陈之, 许少鹏, 何旭辉, 邹云峰, 艾宗良, 彭福兵

    DOI：10.11817/j.issn.1672-7207.2026.06.001
    摘要：随着高速铁路运营速度向400 km/h迈进，高速列车风效应对铁路沿线受风构件的影响愈发显著。本文基于计算流体力学(CFD)数值模拟建立列车-受风构件三维仿真模型，采用现场实测和高速铁路设计规范中气动力相关规定验证了数值模型和气动力等效方法的可靠性，探究了列车速度、列车与构件的间距对受风构件气动力效应的影响。基于数值模拟计算结果，推导了速度为400 km/h时高速列车风作用下沿线受风构件的气动力计算公式，并对规范曲线进行对比验证分析。研究结果表明：通过气动力等效积分方法计算得到的受风构件气动力相对误差较小，适用于速度为400 km/h高速列车风的气动力计算；当列车速度由350 km/h增至400 km/h、450 km/h时，头波正压峰值分别增幅30.69%、71.92%；当列车中心到受风构件的距离由2.5 m增至7.5 m时，头波正压峰值降幅83.34%；受风构件气动力与列车速度的平方呈正比，与列车中心到受风构件距离的1.5次方呈反比；速度为400 km/h列车对受风构件的气动力可由qh=ρv2k0Ds-1.5确定，拟合得到的气动力曲线趋势与规范的相同且相对误差在10%内。研究结果可为速度为400 km/h高速列车周围构件的抗风设计提供参考。  
    关键词：列车风;受风构件;CFD数值模拟;表面风压;气动力   
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    更新时间：2026-07-24

    杨伟超, 刘旸, 何洪, 赵伦, 邓锷

    DOI：10.11817/j.issn.1672-7207.2026.06.002
    摘要：赋水裂缝作为典型的衬砌病害类型，当列车运行产生的压力波在其中传播时，水-气两相介质的耦合作用可能导致裂缝内部压力骤增，从而加剧裂缝扩展。为研究赋水裂缝内气动效应变化规律，采用逐次随机累加法重构粗糙裂缝表面，结合流体体积法与RNG k-ε湍流模型，建立空气-隧道-赋水裂缝多相流耦合计算模型，分析列车交会条件下裂缝内部气动效应变化规律，探讨裂缝纵向分布位置及车速对其的影响。研究结果表明：隧道中部裂缝的气动效应最显著，车速提升导致裂缝内压力峰值、压力梯度峰值均以幂函数关系增大；裂缝尖端为压力集中处，其压力与压力梯度峰值均高于入口的压力与压力梯度峰值，隧道中部裂缝尖端的压力正、负峰值分别可达裂缝入口的压力正、负峰值的1.26、1.33倍，隧道中部裂缝尖端的压力梯度正、负峰值可达裂缝入口的压力正、负峰值的1.55、1.02倍。裂缝内水体运动是导致尖端压力变化的主要原因，且水体位移与尖端压力呈正相关。研究明确了赋水裂缝在列车交会气动载荷下的压力响应机制，可为高铁隧道衬砌裂缝的病害评估与维护设计提供理论依据。  
    关键词：高速列车交会;赋水裂缝;气动效应;多相流;粗糙裂缝表面重构   
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    更新时间：2026-07-24

    邹时晓, 江衍, 罗瑜萱, 周丹, 孟爽

    DOI：10.11817/j.issn.1672-7207.2026.06.003
    摘要：高速列车穿越地下车站会产生显著的气动效应，设置有效的缓解措施是减小气动压力、保障列车安全运行的必要条件。采用动模型试验的方法，搭建了缩比为1꞉20的列车-隧道-车站耦合模型试验平台，真实复现了列车穿越地下车站时的复杂气动效应，通过重复性试验验证了试验平台的可靠性。分析列车以350 km/h速度穿越地下车站时隧道壁面、屏蔽门表面以及隔墙的压力变化特性，并从压力波传播、反射和叠加的角度分析了活塞风井的位置、面积以及缓冲结构开口率对各区域压力的影响机制。研究结果表明：在两侧中心布置活塞风井的压力缓解效果最佳，增大活塞风井面积有助于缓解屏蔽门表面压力，增大隧道缓冲结构开口率可显著降低洞口微气压波幅值，在距隧道出口0.5、1.0和2.5 m处，缓冲结构开口率为19.2%时的微气压波幅值与开口率为11.5%时的相比分别减小18.83%、19.42%和34.09%。试验结果可为列车高速穿越地下车站的运行状态以及车站和隧道内压力缓解措施的设置提供数据支撑。  
    关键词：高速列车;地下车站;气动压力;活塞风井;动模型试验   
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    更新时间：2026-07-24

    董明卫, 李睿, 赵涛, 陈嘉辉

    DOI：10.11817/j.issn.1672-7207.2026.06.004
    摘要：本文对风雨环境中高速列车在桥上运行时的气动特性及运行安全性进行了研究，分别建立了车-轨-桥空气动力学模型与车辆系统动力学模型，分析了不同运行速度下无雨与强降雨环境中列车气动载荷、周围流场结构等气动特性，并通过车辆系统动力学模型对列车运行安全性进行了评估。研究结果表明：列车在风雨环境中运行时，头车气动载荷的幅值最大且随环境变化显著。当车速为300 km/h时，与无雨环境相比，强降雨环境使头车阻力增大38.76%，侧向力增大1.99%，倾覆力矩增大1.32%；随着车速增加，各项气动载荷进一步增大；在强降雨环境下，当车速从250 km/h增至350 km/h时，头车阻力增大100.97%，侧向力增大33.44%，倾覆力矩增大18.9%；在横风作用下，列车周围形成涡旋，并且涡旋随着头车至尾车逐渐远离车身；随着车速增加，背风侧涡旋中心向车身靠近；雨滴运动受流场主导，整体分布呈现“风驱雨”特征；在风雨环境下，列车运行安全性显著降低，且随车速提高进一步恶化；当车速为350 km/h时，最大脱轨系数达到0.78，一位轮对最大轮轴横向力及其背风侧车轮最大轮轨垂向力超限，横向力与垂向力分别为64.4 kN与185.9 kN。  
    关键词：高速列车;风雨环境;气动特性;运行安全   
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    更新时间：2026-07-24
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