19569

۱۹۵۶۹

اثر آيروديناميك ديوارهاي بادشكن بر قطار پرسرعت در معرض باد عرضي با استفاده از روش شبكه بولتزمن

دكتراي تخصصي

ماشين هاي ريلي

۱۳۹۷/۴/۱۰

دكتر محمد علي رضواني

راه آهن

در گام اول، محاسبات دوبعدي به‌منظور مطالعه پارامتريك طراحي‌هاي ديوار و اعتبارسنجي مقادير مدل‌هاي ساده‌شده انجام مي‌گيرد. اين كار جهت نشان دادن اعتبار مدل‌هاي دوبعدي و پيدا كردن مجموعه‌اي از طراحي‌هاي ديوار براي انجام شبيه‌سازي‌هاي دقيق‌تر در فضاي سه‌بعدي صورت مي‌گيرد. حل پيشنهادشده بر اساس شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي(CFD) با روش شبكه بولتزمن (LBM) مي‌باشد. در گام دوم، با ساخت نمونه مقياس شده از قطار پرسرعت و ديوارهاي بادشكن و انجام آزمايشات تونل باد، سعي در اعتبارسنجي نتايج كسب‌شده از شبيه‌سازي‌هاي دوبعدي مي‌¬شود. در گام سوم، با هدف اندازه‌گيري اثر ديوار‌هاي بادشكن در فضاي سه‌بعدي و ديدن پديده جريان سه¬بعدي در پشت ديوارهاي بادشكن، با استفاده از برخي طراحي‌هاي ديوار كه در مدل دوبعدي استفاده‌شده است، ضرايب آيروديناميك قطار پرسرعت اندازه‌گيري مي‌گردد. در اين رساله انواع ديوارهاي بادشكن با اشكال هندسي متفاوت مقايسه خواهند شد. ديوار‌هاي بادشكن ازنظر ارتفاع، لبه بالاي ديوار، ميزان تخلخل و فواصل مختلف نصب نسبت به‌قطار مقايسه شده و درنهايت در گام چهارم با بكارگيري الگوريتم ژنتيك به‌عنوان يكي از روش‌هاي بهينه‌يابي، ساختار بهينه ازنظر شكل، ارتفاع و محل مناسب نصب ديوار بادشكن بدست آمده و معرفي شده اند. نتايج حاصل از اين رساله ميتواند در بالابردن مسايل ايمني طراحي و بهره برداري خطوط ريلي پرسرعت بسيار كاربردي و قابل استفاده باشد. طراحي مناسب ديوارهاي بادشكن ميتواند اثرات مخرب بادهاي عرضي را بسيار كاهش دهد و طراحي نامناسب خود ميتواند به عنوان عاملي تشديد كننده در كنار باد عرضي باشد و پايداري قطار را به خطر بيندازد.

1397/08/01

The Aerodynamic Effect of Windbreaks on a High Speed Train at the Crosswind Condition by Using Lattice Boltzmann Method

7/1/2019 12:00:00 AM

Research on crosswind on trains since the 1990s was noted with the growth of high speed trains. The crosswind is a safety issue and a key factor that can prevent the speed continuous increase of rail transport vehicles. The study of the effects of crosswind on trains requires a comprehensive overview. In this thesis, while studying the aerodynamics of air flow on a sample of high-speed trains under the influence of crosswinds, and due to the very important impact of infrastructure and the fact that any change in the environment around the train causes a change in the air flow, the effect of the windbreaks is investigated. In the first step, two-dimensional calculations are performed to study the parametric design of the windbreak and validate the values of simplified models. This is done to show the validity of the two-dimensional models and to find a set of windbreak designs for more accurate simulations in 3D space. The proposed solution is based on the simulation of Computational Fluid Dynamics (CFD) with the Lattice Boltzmann Method (LBM). In the second step, by constructing a scale-based sample of high speed train and windbreaks and conducting wind tunnel experiments, trying to validate the results of two-dimensional simulations. In the third step, the aerodynamic coefficients of the high-speed train are measured using some wall designs used in the two-dimensional model to measure the effect of the windbreaks in 3D space and see the phenomenon of three-dimensional flow behind the windbreaks. In this thesis, different types of windbreaks will be compared with different geometric shapes. The windbreaks were compared with respect to height, edge of the wall, porosity and different installation distances to the train. Finally, in the fourth step, using the Genetic Algorithm as one of the optimization methods, the optimal structure for the shape, height and location of the windbreak installation was obtained and introduced. The results of this thesis can be used to enhance safety issues in the design and operation of high speed rail lines. The proper design of the windbreaks can greatly reduce the destructive effects of crosswinds, and inappropriate design itself can be an exaggeration factor along the crosswind and endangers the stability of the train.