بررسی عددی جریان هوای اطراف قطار در حال ورود به تونل
چکیده
در دو دهه گذشته پایداری قطارها و وسایل نقلیه ریلی به عنوان یک مسئله ایمنی شناخته شده است. بهینه سازی عملکرد و افزایش ثبات قطارهای مسافربری که عامل تأثیر گذاری بر تغییرات فشار اطراف بدنه قطار و نیروهای وارد بر آن است، نیاز به آگاهی از رفتارهای آیرودینامیک قطار به خصوص هنگام ورود قطار به تونل دارد. در این پایان نامه با استفاده از حل عددی ابتدا جریان هوا بر روی قطار مسافربری در میدان جریان آزاد هوا بررسی شده، سپس به کمک روش شبکه بندی مجدد در تکنیک شبکه دینامیک، حرکت قطار هنگام ورود به تونل و همچنین عبور دو قطار از کنار هم در تونل شبیه سازی شده است و میدان جریان در زمان های مختلف به دست آمده است. بدین منظور، معادلات ناویر استوکس به همراه معادله انرژی و معادله حالت گاز ایده آل برای جریان سیال لزج تراکم پذیر حل شده است. از مدل تلاطم k-e rrng برای شبیه سازی توربولانس استفاده شده است. جهت بررسی دقت حل عددی ارائه شده، نتایج بدست آمده از حل عددی با داده های آزمایشگاهی و دیگر روش های عددی در تحقیقات گذشته مقایسه شده و انطباق خوبی مشاهده شده است. در مطالعه جریان هوا اطراف قطار متحرک اثر پارامترهایی از قبیل سرعت های مختلف، هود و تهویه در دهانه ورودی تونل بر روی افزایش فشار اولیه و امواج فشاری و انبساطی ایجاد شده ناشی از ورود دماغه و انتهای قطار به تونل، مورد بررسی قرار گرفته است. در بررسی جریان هوا بر روی قطار ساکن نتایج نشان داده است که افزایش تعداد واگن و زاویه انحراف باد جانبی باعث افزایش ضریب پسا و ضریب نیروی جانبی می شود. همچنین نتایج نشان داده است که نیروهای آیرودینامیکی تأثیر بسزایی در میزان مصرف سوخت قطار دارند. در بررسی جریان هوا اطراف قطار در حال ورود به تونل نتایج نشان داد که شکل مقطع تونل بر توزیع فشار درون تونل و شکل مقطع قطار بر بیشینه فشار ناشی از ورود قطار به تونل تأثیری ندارد. در بررسی جریان هوا اطراف دو قطار در حال عبور از کنار هم نتایج نشان داد که بیشینه ضریب پسا هنگام ورود دماغه دو قطار به تونل و کمینه و بیشینه ضریب نیروی جانبی به ترتیب هنگام عبور دماغه دو قطار و عبور دو قطار درست از کنارهم بوجود می آید.