高速铁路隧道火灾中受电弓网系统的动力学行为研究

Typically, the high-speed train catching fire in the tunnel should drive into the emergency station from the viewpoint of personnel safe evacuation. With the hot smoke speed increased，the dynamical contacting turns more and more complex and leads to a lot of problems about stable current-collection. The dynamic characteristic of the pantograph-catenary system affects directly the qualities of the current collection and the reliability of the high-speed train movement. The dynamic current-collecting performance of this pantograph-catenary system of high-speed train in the tunnel fire will be simulated and analyzed using Starccm+ and Ansys software. And the dynamic contact pressure，lift-up displacement and the off-line ratio ,which vary with the train speed, fire heat release rate, fire position and so on ,will be calculated and analyzed．Pantograph-catenary coupling analysis model of sliding contact using to the tunnel fire will be established. And the dynamic behavior, work environment, adaptability under fire will be obtained. The work will provide scientific and theoretical basis for scientific evaluation in the tunnel fire. And it has a significant role in promoting safety and disaster prevention and rescue the scientific assessment of the tunnel fire.

高速列车行驶在长大隧道内发生火灾时，一般应行驶到隧道内的定点救援站或驶离隧道再实施救援。但受电弓网系统在恶劣的火灾环境中会产生复杂的变形及振动，甚至出现失效的情况，导致列车在着火后不能继续运动。本课题以隧道内弓网系统为研究对象，基于火灾、流动、传热、结构受力及流固耦合的相关理论，采用理论分析、模型实验和数值模拟相结合的方法，考虑列车空气动力学效应和弓网变形，研究弓网系统在隧道火灾特别是列车运动火灾条件下的服役环境，流、固、热三场耦合关系以及弓网动力学行为。分析火源位置、火灾热释放速率、列车运行速度等关键因素对弓网系统的动力学行为的影响，建立适用于火灾条件下弓网受流性能分析的弓网耦合模型，探讨弓网系统在突变高温热烟气气流作用下失效的临界条件，为准确评估火灾条件下的弓网受流性能和提高弓网系统的抗火能力提供科学的依据和理论基础。该研究对高速铁路隧道火灾的风险评估与防灾救援具有非常重要的意义。

本课题是为了解决隧道列车火灾应急救援中一些共性问题，如列车着火后在隧道中继续运行的火灾特性，列车运行速度对火灾特性的影响，运动体火灾风险评估等而提出的，对隧道列车火灾的应急救援与防灾减灾具有重要的理论和实际指导意义。.课题采用理论分析、模型实验与数值模拟相结合，相对运动与绝对运动原理相结合的方法，对隧道火灾中受电弓网系统的动力学行为进行了研究，并对列车着火后在隧道中继续运行的火源特性及最佳行驶速度等进行了优化研究。在权威国际期刊"Tunnelling and underground space technology"和高水平期刊《华南理工大学学报》上发表SCI论文2篇，EI论文3篇，获得运动火源实验装置的发明专利授权1项。部分研究成果尚在整理中，待后续发表。代表性的成果包括：.（1）实现了基于绝对运动的隧道运动体火灾的模型试验与数值模拟，为研究运动体火灾提供了有效的模型实验和数值模拟的方法，具有重要的推广应用价值。.（2）隧道列车着火后行驶速度对热释放速率的影响研究。该研究给出了列车环形空间内的回风风量、隧道内的活塞风效应及其对火灾燃烧特性的影响，建立了火灾热释放速率与列车运行速度的关系模型，研究成果和方法可为隧道列车火灾的应急救援设计提供理论依据和指导。.（3）列车着火后继续在隧道中行驶的烟气特性研究。该研究考虑不同列车行驶速度和火源热释放速率对隧道内烟气特性和受电弓网特性的影响，得到列车携带火源在隧道内行驶时烟气温度的分布规律和最佳行驶速度。结果表明: 隧道列车着火后继续向前行驶时，存在一个使温度达到最低的最佳行驶速度；随着着火列车向前运行，受电弓处的最高温度逐渐上升，在隧道横断面的中性面上，最高温度值有较大的振荡。. (4)弓网系统在隧道列车运动火灾条件下的服役环境研究。该研究考虑流、固、热三场耦合关系，探讨了弓网系统在突变高温热烟气气流作用下的动力学行为，为准确评估火灾条件下的弓网受流性能和提高弓网系统的抗火能力提供科学的依据和理论基础。