穆 鑫

(中國(guó)鐵路總公司機(jī)輛部，北京 100844)

接觸網(wǎng)與受電弓的良好接觸是保證列車安全運(yùn)行的關(guān)鍵，但由于接觸網(wǎng)線長(zhǎng)點(diǎn)多，其空間姿態(tài)、位置和連接狀態(tài)都會(huì)受環(huán)境風(fēng)的影響，當(dāng)風(fēng)速變化劇烈時(shí)，受電弓振動(dòng)加劇[1-3]，影響正常受流。在蘭新鐵路，部分線路處于我國(guó)風(fēng)害最嚴(yán)重的地區(qū)，風(fēng)區(qū)總長(zhǎng)度500 km以上，尤其是百里、三十里風(fēng)區(qū)，大風(fēng)頻繁、風(fēng)力強(qiáng)勁且變化劇烈，最大瞬時(shí)風(fēng)速超過64 m/s[4-5]。為確保列車順利通過大風(fēng)區(qū)，通常需要對(duì)特殊線路結(jié)構(gòu)采取防風(fēng)措施，如對(duì)路堤、橋梁迎風(fēng)側(cè)加擋風(fēng)墻(擋風(fēng)屏)等[6]。擋風(fēng)墻的設(shè)置，雖然可以改善列車的氣動(dòng)性能[7-11]，但改變了接觸網(wǎng)附近的風(fēng)場(chǎng)，會(huì)使接觸網(wǎng)產(chǎn)生風(fēng)致振動(dòng)[12]，特別是在防風(fēng)過渡段，自然風(fēng)與列車風(fēng)相互耦合，使接觸網(wǎng)及承力索附近風(fēng)場(chǎng)變化更加復(fù)雜。因此，需要對(duì)防風(fēng)措施對(duì)接觸網(wǎng)處風(fēng)場(chǎng)的影響進(jìn)行深入研究，為防風(fēng)過渡段設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

國(guó)外對(duì)接觸網(wǎng)防風(fēng)穩(wěn)定性的研究較早，Bocciolone等[13]基于一種簡(jiǎn)化的受電弓模型，考慮在高速氣流下受電弓雙滑板尾流的影響，研究表明受電弓氣動(dòng)特性對(duì)弓網(wǎng)接觸壓力及受流有很大的影響。Pombo等[14]采用有限元和多體動(dòng)力學(xué)方法建立接觸網(wǎng)和受電弓模型，采用Von Karman功率譜密度函數(shù)模擬數(shù)值風(fēng)場(chǎng)，并將橫風(fēng)作為時(shí)變非線性外載荷分別施加到受電弓和接觸網(wǎng)上，研究結(jié)果表明：橫風(fēng)會(huì)增加受電弓的抬升力，接觸壓力波動(dòng)更加劇烈，弓網(wǎng)受流惡化。在國(guó)內(nèi)，李燕飛[15]通過數(shù)值模擬，研究了蘭新線橫風(fēng)作用下車輛及弓網(wǎng)的氣動(dòng)性能。王迎波[16]以蘭新線上強(qiáng)風(fēng)區(qū)段接觸網(wǎng)的四跨絕緣錨段關(guān)節(jié)為研究對(duì)象，分析不同脈動(dòng)風(fēng)下結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)接觸網(wǎng)系統(tǒng)防風(fēng)性能的影響，并提出接觸網(wǎng)可靠性評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)。施成華等[17]采用三維數(shù)值模擬方法對(duì)高速列車在隧道內(nèi)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的列車風(fēng)速度變化過程進(jìn)行分析，計(jì)算隧道內(nèi)不同位置的最大風(fēng)速和最大風(fēng)壓，并對(duì)接觸網(wǎng)懸掛件進(jìn)行安全性分析。陳榮[18]利用STAR-CD軟件建立列車過隧道的縱斷面動(dòng)網(wǎng)格模型，分析不同列車運(yùn)行速度及外形條件下接觸網(wǎng)高度處的流場(chǎng)特性，并將接觸線高度處的風(fēng)速轉(zhuǎn)化為作用力，加載到接觸線節(jié)點(diǎn)上，對(duì)接觸線的偏移量進(jìn)行分析。從上述研究現(xiàn)狀可以看出，目前僅對(duì)特定線路下接觸網(wǎng)的氣動(dòng)特性進(jìn)行研究，而對(duì)防風(fēng)過渡段處接觸網(wǎng)的氣動(dòng)特性研究較少。

本文根據(jù)蘭新鐵路線路的實(shí)際結(jié)構(gòu)，列車以250 km/h和350 km/h在30 m/s自然風(fēng)條件下運(yùn)行為例，研究隧道與路堤相連處防風(fēng)過渡段接觸網(wǎng)的風(fēng)場(chǎng)特性，分析過渡段擋風(fēng)墻對(duì)接觸網(wǎng)風(fēng)場(chǎng)特性的影響，為防風(fēng)過渡段設(shè)計(jì)及列車的安全運(yùn)行提供一定的參考依據(jù)。

1 列車及線路模型

本文模型選取CRH2型高速列車，車頭車長(zhǎng)度25.7 m，中間車長(zhǎng)25 m，車體寬3.38 m，高3.7 m。列車運(yùn)行速度為250 km/h。根據(jù)高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范確定隧道橫截面積為92 m2的單洞雙線隧道，隧道口通常為垂直型(明洞)或斜切型(隧道)，斜切形隧道入口如圖1所示。隧道與路堤過渡段如圖2所示，其中路堤高5 m，雙側(cè)擋風(fēng)墻高度為3 m。擋風(fēng)墻內(nèi)側(cè)距線路中心5.7 m且直接延伸至隧道洞口。

圖1 斜切型隧道口結(jié)構(gòu)圖圖2 隧道口與路堤擋風(fēng)墻過渡段

2 防風(fēng)過渡段風(fēng)場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型與方法

2.1 流場(chǎng)控制方程與數(shù)值計(jì)算方法

高速列車沿地面高速運(yùn)行，由于車頭的擠壓、車身的摩擦及車尾的吸引，帶動(dòng)列車周圍空氣隨之運(yùn)動(dòng)，形成具有強(qiáng)烈脈動(dòng)效應(yīng)的列車風(fēng)[19]。列車風(fēng)具有典型的三維、非穩(wěn)態(tài)、湍流、黏性流動(dòng)特征。根據(jù)質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律，可以得到高速列車周圍流場(chǎng)的通用控制方程[20-21]

( 1 )

式中：ρ為流體密度；φ為流場(chǎng)中某一參數(shù)；U為空氣流速，U=Ur+Ug，Ur為相對(duì)速度，Ug為遷移速度；Γφ稱為廣義擴(kuò)散系數(shù)；Sφ稱為廣義源項(xiàng)。φ、Γφ以及Sφ分別取不同的值，式( 1 )即表示不同的控制方程：當(dāng)φ=1,Γφ=0,Sφ=0時(shí)，式( 1 )為連續(xù)性方程；當(dāng)φ=u,v,w時(shí)，式( 1 )為動(dòng)量方程；當(dāng)φ=e時(shí)，式 ( 1 )為能量方程;當(dāng)φ=k、ε時(shí)，式( 1 )為k方程和ε方程。

式( 1 )是一組非常復(fù)雜的非線性偏微分方程，通常需采用數(shù)值計(jì)算方法求解。本文選取有限體積法(FVM)離散方程組( 1 )，采用PISO算法求解線性方程組，應(yīng)用移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車的運(yùn)動(dòng)[20]。

2.2 計(jì)算模型

本文應(yīng)用大型流體力學(xué)計(jì)算軟件STAR CCM+計(jì)算列車周圍的流場(chǎng)。為分析不同隧道口結(jié)構(gòu)及防風(fēng)過渡段設(shè)置對(duì)接觸網(wǎng)周圍風(fēng)場(chǎng)的影響，分別建立無擋風(fēng)墻的隧道與路基、斜切型隧道口與5 m高路堤(含雙側(cè)3m擋風(fēng)墻)以及垂直型隧道口與5 m高路堤(含雙側(cè)3 m擋風(fēng)墻)三種模型，如圖3所示。

圖3 計(jì)算模型

2.3 計(jì)算網(wǎng)格及邊界條件

以斜切型隧道與5 m高路堤過渡段為例，計(jì)算網(wǎng)格如圖4所示。采用六面體網(wǎng)格，近壁面區(qū)域網(wǎng)格設(shè)置邊界層。

圖4 網(wǎng)格劃分

對(duì)于邊界條件，列車前后方、計(jì)算域頂部及垂直列車運(yùn)行方向(自然風(fēng)方向)均設(shè)置速度入口邊界，速度大小及方向與自然風(fēng)相同，路堤、擋風(fēng)墻、隧道及車身均為墻體邊界。由于擋風(fēng)屏較薄，表面均勻分布?xì)饪?，將其?jiǎn)化為厚度可忽略的多孔擋板。

2.4 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述計(jì)算模型及方法準(zhǔn)確性，進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)并分析過渡段風(fēng)場(chǎng)特性。實(shí)驗(yàn)在西南交通大學(xué)XNJD-3風(fēng)洞中進(jìn)行，隧道及車體模型布置如圖5(a)所示，列車截面模型尺寸如圖5(b)所示。風(fēng)洞斷面尺寸為22.5 m×4.5 m(寬×高)，模型比例為1∶20，路堤的模型總長(zhǎng)為7 m，擋風(fēng)墻模型高度0.175 m。實(shí)驗(yàn)中隧道洞口采用垂直形狀，隧道模型長(zhǎng)3 m，模型車長(zhǎng)2.5 m。實(shí)驗(yàn)來流名義風(fēng)速為6 m/s。模型具體尺寸如圖5(c)和圖5(d)所示。

圖5 模型尺寸(單位：mm)

2.4.1測(cè)點(diǎn)布置

由于過渡段流場(chǎng)變化顯著，分別對(duì)承力索(距軌面0.32 m)及接觸網(wǎng)(距軌面0.265 m)處6列測(cè)點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)速測(cè)量。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖6(a)所示，風(fēng)速采用眼鏡蛇多孔探針風(fēng)速儀測(cè)量，該風(fēng)速儀探針頭部包括4個(gè)小孔，可測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)方向的風(fēng)速，采用支架固定，并可根據(jù)測(cè)點(diǎn)位置調(diào)整，如圖6(b)所示。

圖6 測(cè)點(diǎn)布置(單位：mm)

2.4.2試驗(yàn)結(jié)果及與數(shù)值計(jì)算的對(duì)比

根據(jù)圖6建立過渡段風(fēng)場(chǎng)計(jì)算模型，擋風(fēng)墻、接觸網(wǎng)及承力索處三方向風(fēng)速與合成風(fēng)速的數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如圖7所示。從圖7中可以看出：數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果分布規(guī)律相同，相對(duì)誤差在15%以內(nèi)，表明上述仿真模型是可行的。

圖7 計(jì)算與實(shí)驗(yàn)對(duì)比(擋風(fēng)墻高度0.175 m)

3 隧道與路堤相連處防風(fēng)過渡段接觸網(wǎng)風(fēng)場(chǎng)特性計(jì)算結(jié)果

為對(duì)比防風(fēng)設(shè)施、防風(fēng)過渡段隧道口結(jié)構(gòu)對(duì)接觸網(wǎng)處風(fēng)場(chǎng)特性的影響，本文分別對(duì)無擋風(fēng)墻和有雙側(cè)3 m擋風(fēng)墻過渡段的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，其中擋風(fēng)墻的過渡段隧道口分別為斜切型和垂直型兩種結(jié)構(gòu)。

3.1 無擋風(fēng)墻風(fēng)場(chǎng)特性

(1)隧道口

當(dāng)列車以250 km/h速度運(yùn)行時(shí)，隧道口與路基相連處列車周圍的速度分布如圖8所示。從圖8中看出，由于受列車風(fēng)及自然風(fēng)的共同作用，列車頂部迎自然風(fēng)一側(cè)速度較高，而背自然風(fēng)一側(cè)速度較低。

圖8 列車周圍流場(chǎng)分布

隧道口線路中心上方不同高度處監(jiān)測(cè)點(diǎn)各方向速度變化規(guī)律如圖9所示。圖中x為列車運(yùn)行方向(即與線路平行的方向)，y為豎直高度方向，z為垂直列車的水平方向。從圖9中看出，列車初始在隧道內(nèi)運(yùn)行，當(dāng)列車未到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近時(shí)，接觸網(wǎng)附近風(fēng)速基本保持不變，為自然風(fēng)與隧道活塞風(fēng)的共同作用。而當(dāng)列車經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，由于列車頭、尾部的繞流作用，導(dǎo)致沿列車運(yùn)行方向的速度呈現(xiàn)了先減后增大再減小的變化規(guī)律。在豎直方向，由于部分空氣被抬升，使速度不斷增大，當(dāng)車尾經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)之后，受列車尾渦影響，風(fēng)速不斷減小直至列車遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后速度再次增大并趨于穩(wěn)定。在垂直列車的水平方向，當(dāng)列車未經(jīng)過時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速主要為自然風(fēng)速，而當(dāng)列車經(jīng)過時(shí)，受來流經(jīng)過車身的繞流作用，使z方向速度急劇增大，直至列車逐漸遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，風(fēng)速減小并最后趨于穩(wěn)定。對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的合成速度，主要受z方向的影響，其變化規(guī)律與z方向速度基本一致。

圖9 隧道口處線路中心上方的速度變化(無擋風(fēng)墻)

(2)過渡段

當(dāng)列車以250 km/h速度運(yùn)行時(shí)，過渡段線路中心上方不同高度處監(jiān)測(cè)點(diǎn)各方向速度計(jì)算結(jié)果，如圖10所示。由圖10可見，在x方向：當(dāng)列車到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)前，速度基本不變，當(dāng)車頭經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，在列車風(fēng)的作用下，風(fēng)速不斷增大，直到車頭遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，速度逐漸衰減并趨于穩(wěn)定，當(dāng)車尾經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，速度再次增大，隨著列車遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)速再次衰減并逐漸趨于穩(wěn)定。在y方向：列車到達(dá)前，速度基本不變，車頭經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，推動(dòng)空氣向前流動(dòng)，一部分空氣向列車前進(jìn)方向及列車兩側(cè)擴(kuò)散，一部分空氣被抬升，使速度不斷增大，列車風(fēng)與自然風(fēng)耦合，使速度較列車到達(dá)前增大，車尾到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，速度又不斷減小，主要是列車尾部漩渦所致，當(dāng)列車完全遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)，速度逐漸趨于穩(wěn)定并恢復(fù)至原來只受自然風(fēng)影響時(shí)的值。在z方向：列車到達(dá)前，只受側(cè)風(fēng)影響，速度基本不變，列車經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，橫風(fēng)經(jīng)過車身繞流作用，氣流在列車頂部發(fā)生分離，并在車身頂部上方出現(xiàn)加速，因此監(jiān)測(cè)點(diǎn)速度不斷增大，隨著車頭遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，速度趨于穩(wěn)定，直到車體完全遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)，速度再衰減至原來只受橫風(fēng)影響時(shí)的風(fēng)速值。同理，由于z方向?yàn)樽匀伙L(fēng)速，合成速度仍主要由z方向速度決定，其變化規(guī)律也與z方向速度一致。

圖10 過渡段風(fēng)速變化規(guī)律

3.2 含雙側(cè)3 m擋風(fēng)墻風(fēng)場(chǎng)特性

(1)隧道口

當(dāng)列車以250 km/h速度運(yùn)行時(shí)，隧道與5 m高路堤相連線路結(jié)構(gòu)、路堤雙側(cè)設(shè)3 m高擋風(fēng)墻時(shí)隧道口列車周圍的流場(chǎng)分布如圖11所示。作為例子，圖11給出的是斜切型隧道口附近列車周圍的流場(chǎng)分布。從圖11中可以看出，由于路堤護(hù)坡的導(dǎo)流作用，當(dāng)氣流到達(dá)坡頂時(shí)，與上層氣流匯聚，風(fēng)速明顯增大。

圖11 斜切型隧道口列車周圍流場(chǎng)分布

圖12 斜切型隧道口速度變化規(guī)律

圖13 垂直型隧道口速度變化規(guī)律

斜切型及垂直型隧道口線路中心上方不同高度處監(jiān)測(cè)點(diǎn)各方向速度變化規(guī)律分別如圖12和圖13所示。由圖12可見，對(duì)于斜切型隧道口，在列車運(yùn)行方向：當(dāng)列車到達(dá)時(shí)，由于受列車頭部列車風(fēng)的影響，監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的風(fēng)速先增大后減??；車身經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)整個(gè)過程時(shí)，速度基本保持不變，當(dāng)車尾經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，受車尾繞流的影響，風(fēng)速先減小后增大；直到車尾遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，活塞風(fēng)速逐漸衰減，使得監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速趨于穩(wěn)定。在豎直方向：同樣由于車頭繞流的影響，車頭及車尾經(jīng)過時(shí)也均呈現(xiàn)了先增大后減小的變化規(guī)律。在垂直列車的水平方向：當(dāng)列車頭部到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，由于受列車?yán)@流的影響，列車風(fēng)與自然風(fēng)耦合，使監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速度先減小后增大，而當(dāng)車尾經(jīng)過時(shí)，受尾部繞流及隧道結(jié)構(gòu)的影響，也呈現(xiàn)了先減小后增大的變化規(guī)律。隨著列車逐漸遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，風(fēng)速減小并最后趨于穩(wěn)定。合速度的大小主要受z方向的速度影響，其變化規(guī)律與z方向速度基本一致。

由圖13中可見，對(duì)于垂直型隧道口，由于隧道口對(duì)自然風(fēng)的影響較小，隧道口處的風(fēng)場(chǎng)為列車風(fēng)與自然風(fēng)的疊加，x，y，z三個(gè)方向及合成速度變化規(guī)律呈單峰值性。

(2)過渡段

當(dāng)列車以250 km/h速度運(yùn)行時(shí)，斜切型及垂直型隧道口過渡段線路中心上方監(jiān)測(cè)點(diǎn)風(fēng)速的變化規(guī)律分別如圖14和圖15所示。由圖14可以看出，在列車運(yùn)行方向：車頭經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，在列車風(fēng)的作用下，風(fēng)速不斷增大，直到車頭遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，速度又逐漸衰減；當(dāng)車尾經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，速度再次增大，受擋風(fēng)墻影響，幅值略大于受車頭影響的幅值；隨著列車遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)，風(fēng)速再次衰減并逐漸趨于穩(wěn)定。在豎直方向：車頭經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，推動(dòng)空氣向前流動(dòng)，一部分空氣向列車前進(jìn)方向及列車兩側(cè)擴(kuò)散，一部分空氣被抬升，使速度不斷增大；車尾到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，受尾渦影響，速度又不斷減小，當(dāng)列車完全遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)，速度逐漸趨于穩(wěn)定并恢復(fù)至原來只受自然風(fēng)影響時(shí)的值。在垂直列車的水平方向：當(dāng)列車到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，向兩側(cè)排開的空氣與側(cè)向來流匯合，即列車風(fēng)與自然風(fēng)耦合，使得該方向速度減小，隨著車頭的遠(yuǎn)離，速度又增大并趨于穩(wěn)定；當(dāng)車尾經(jīng)過監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，速度又增大，主要是尾部漩渦所致，隨著列車逐漸遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)點(diǎn)后，風(fēng)速再次衰減并最后趨于穩(wěn)定。合速度主要由z方向速度決定，其變化規(guī)律與z方向速度基本一致。

對(duì)比圖14和圖15可以看出，在過渡段，隧道口結(jié)構(gòu)對(duì)過渡段風(fēng)速變化規(guī)律影響不大，在兩種隧道洞口結(jié)構(gòu)型式下，過渡段接觸網(wǎng)風(fēng)速變化規(guī)律相似。

圖14 過渡段風(fēng)速變化規(guī)律(斜切型隧道口)

圖15 過渡段風(fēng)速變化規(guī)律(垂直型隧道口)

3.3 防風(fēng)過渡段對(duì)接觸網(wǎng)處風(fēng)速的影響分析

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出：在路堤上設(shè)置擋風(fēng)墻，不僅改變接觸網(wǎng)處風(fēng)速的變化規(guī)律，而且影響風(fēng)速的峰值。為進(jìn)一步分析在列車從隧道進(jìn)入過渡段整個(gè)過程中接觸網(wǎng)處的風(fēng)速峰值變化規(guī)律，表1和表2為隧道口、過渡段處接觸網(wǎng)(5.3 m)及承力索(6.4 m)高度各方向速度峰值。從表1和表2可以看出，接觸網(wǎng)高度處，在列車運(yùn)行方向：無論出口是否設(shè)有擋風(fēng)墻，在列車駛出隧道的過程中接觸網(wǎng)處的速度峰值在隧道口處增大，到達(dá)過渡段后降低，這主要是由于列車駛出隧道后進(jìn)入相對(duì)敞開的大氣環(huán)境，使該方向的風(fēng)速降低；對(duì)比有無擋風(fēng)墻的速度峰值計(jì)算結(jié)果還可以看出，有擋風(fēng)墻的斜切型隧道口處速度增幅達(dá)到50%以上，垂直型隧道口接觸網(wǎng)風(fēng)速增加約20%。在豎直方向：無擋風(fēng)墻時(shí)，列車在駛出隧道過程風(fēng)速變化規(guī)律與列車運(yùn)行方向相似，即先增大后減小；當(dāng)有擋風(fēng)墻時(shí)，斜切型隧道口接觸網(wǎng)處的速度峰值先減小后增大，垂直型隧道口接觸網(wǎng)處的速度峰值則先增大后減小。對(duì)于垂直列車的水平方向及合成速度，無擋風(fēng)墻時(shí)，由于受自然風(fēng)與列車?yán)@流的共同作用，列車駛出隧道的過程中接觸網(wǎng)處速度峰值迅速逐漸增大，特別是從隧道口到過渡段，風(fēng)速依然在增加；有擋風(fēng)墻時(shí)，垂直列車的水平方向速度峰值先增大后減小，特別是對(duì)于斜切型隧道口，該方向及合成速度在過渡段降低明顯。由此可見，3 m高的通透型擋風(fēng)墻，對(duì)于降低接觸網(wǎng)處的風(fēng)速大小是有幫助的。

表1 接觸網(wǎng)(5.3 m)處不同位置的速度峰值 m/s

表2 承力索(6.4 m)處不同位置的速度峰值 m/s

對(duì)于承力索高度處，無擋風(fēng)墻時(shí)各方向速度的變化規(guī)律與接觸網(wǎng)高度處相同，但有擋風(fēng)墻時(shí)豎直方向的風(fēng)速變化規(guī)律與接觸網(wǎng)處不同，速度逐漸增大。此外，對(duì)比表1及表2的結(jié)果還可以看出，在斜切型隧道口雙側(cè)加裝3 m擋風(fēng)墻時(shí)，防風(fēng)過渡段接觸網(wǎng)及承力索附近的風(fēng)速均較低。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)蘭新鐵路隧道與路堤相連處防風(fēng)過渡段接觸網(wǎng)風(fēng)場(chǎng)特性，得出如下結(jié)論：

(1)在隧道口與5 m高路基雙側(cè)設(shè)3 m高通透型擋風(fēng)墻，可以使接觸網(wǎng)附近的風(fēng)速變化平緩，速度峰值降低，使過渡段接觸網(wǎng)附近的風(fēng)場(chǎng)特性得到改善。

(2)在隧道口位置，由于受路堤護(hù)坡及擋風(fēng)墻的繞流作用，導(dǎo)致垂直列車的水平方向速度增大，可見，當(dāng)列車從隧道內(nèi)行至隧道口時(shí)，受電弓處的風(fēng)速發(fā)生突變，可能影響受電弓的安全性。

(3)在列車從隧道駛出進(jìn)入防風(fēng)段的整個(gè)過程中，接觸網(wǎng)處的風(fēng)速變化較為劇烈，各方向的變化規(guī)律又不盡相同，這不僅影響接觸網(wǎng)自身的安全，而且影響受電弓的氣動(dòng)特性，應(yīng)在實(shí)際受電弓安全性分析中予以考慮和重視。