[发明专利]一种面向风压传感器分布的受电弓表面风压数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种面向风压传感器分布的受电弓表面风压数值模拟方法，运用CFD(Computational Fluid Dynamics)的方法并结合动网格法对隧道工况下高速列车运行过程中受电弓受到的空气阻力进行数值模拟计算，通过分析数值模拟计算结果及受电弓结构表面风压分布图，确定风压传感器在受电弓结构表面的位置分布。本发明针对明线工况与隧道工况切换情况下，风压传感器因位置分布不合理而无法提供有效数据反馈信息的问题提出，为受电弓主动控制系统中风压传感器的位置分布提供参考，特别适用于隧道工况下高速列车受电弓结构表面风压计算。

技术领域

本发明涉及受电弓受流质量技术领域，尤其涉及一种面向风压传感器分布的受电弓表面风压数值模拟方法。

背景技术

随着我国高铁技术和市场占有量逐步处于世界领先地位，受电弓与接触网关系成为亟待优化的问题。我国高铁动车组均采用电力驱动，受电弓受流成为保证列车能源动力输入的关键环节。因此，保证和提升受流质量，成为我国高速铁路列车技术中关键的优化方向之一。为此，对受电弓控制技术提出了新的要求。

在受电弓受流质量评价中，弓网接触力是其中一个重要的评价指标。产生弓网接触力的因素较多，其中三个因素由受电弓与接触网本身的材质和结构所决定，分别为：升弓系统对滑板造成的竖直向上的静态接触力、接触网本身材质弹性差异造成的受电弓与本身归算质量相关的上下交变动态接触力、以及受电弓各部件连接造成的阻尼力。在沿用现有设计方案的情况下，这三种因素造成的弓网接触力均保持固定，唯一在列车运行过程中会因工况条件不同而产生变化的是受电弓受气流影响造成的空气阻力及表面压力，不确定的气流会使弓网接触力过大或过小，都会引起较大的机械磨损和离线率增加。

受力情况对于实现受电弓主动控制至关重要，特别是列车运行过程中，如遇隧道等线路条件，受电弓所受空气阻力与隧道空气附加阻力总和变化明显，造成的弓网接触压力波动较大。而在受电弓表面布设风压传感器，并将风压传感器反馈的数据作为参数输入受电弓控制系统，成为目前较为简单可靠的方法。但在风压传感器的布设过程中，如果风压传感器布置在受电弓表面风压分布较为特殊的位置，例如因存在前置结构或周围结构等，气流流经此位置表面时压力会受此类因素的影响，不能作为代表性数据输入受电弓控制系统，因此，风压传感器的安装位置对于检测受电弓结构表面风压分布信息至关重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种面向风压传感器分布的受电弓表面风压数值模拟方法，用以解决明线工况与隧道工况切换情况下，风压传感器因位置分布不合理而无法提供有效数据反馈信息的问题。

因此，本发明提供了一种面向风压传感器分布的受电弓表面风压数值模拟方法，包括如下步骤：

S1：根据列车的形状和尺寸以及受电弓结构相对列车的位置和尺寸，构建列车和受电弓结构模型；

S2：根据真实物理空间尺寸比例构建计算域模型，并根据隧道阻塞比在所述计算域模型中构建隧道模型；

S3：对由所述列车和受电弓结构模型、所述计算域模型以及所述隧道模型组成的整体模型进行网格化，并设置所述整体模型的边界条件；

S4：对所述列车和受电弓结构模型加载UDF文件或Profile文件，并在Fluent求解器中选中所述UDF文件或所述Profile文件；

S5：根据所述整体模型和所述整体模型的网格复杂程度，设置计算步长，并根据所述列车和受电弓结构模型的运动速度，设置计算步数，开始数值模拟计算；

S6：在数值模拟计算完成后，保存数值模拟计算结果，并根据所述数值模拟计算结果，得到随时间变化的受电弓结构表面风压分布图；其中，所述数值模拟计算结果包括随时间变化的受电弓结构表面受空气阻力值；

S7：根据所述数值模拟计算结果和所述受电弓结构表面风压分布图，确定风压传感器的位置分布。