Double layer air current during the high speed train flow-around

R. Sh. Іsanov

Abstract


Purpose. Investigation of the jet stream mechanism during the high-speed passenger train flow around. On the basis of theoretical studies to determine the distribution of air flow velocity field, the pressure on the upper layer of the double layer air current, the pressure at the boundary of both layers of double-layer air current. Methodology. To solve the problem on the top layer of air current the Zhukovsky method and the method of theory of ideal incompressible fluid jets was applied. Then to solve the boundary layer equations the pressure at the boundary of both layers was determined, the Navier - Stokes equation, which takes into account the influence of the top layer on the bottom layer was set up. Airflow in the upper region is a potential, stationary; the air in the vicinity is considered as the compressible one. Findings. The distribution of the velocity field for both layers of air current was obtained.
The pressure on the upper layer of the double layer air flow was defined. Originality. The problem of a double layer air current formed by the high-speed train movement consisting of the boundary layer above the car surfaces and the air current with no viscosity was studied for the first time. Practical value. The problem under study is used to provide the safety of high-speed train traffic.


Keywords


potential; the method of the jet theory; boundary layer; jet air current; traffic safety

References


Byutner E.N. Dinamika pripoverkhnostnogo sloya vozdukha [Dynamics of near surface air layer]. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1978. 157 p.

Fayzybayev S.S., Khamidov A.A., Isanov R.S., Yegamberdiyev B.B. Zadacha ob unose tverdykh chastits s zemnoy poverkhnosti obrazovannoy dvizheniyem vysokoskorostnogo poyezda [The problem of fly ash particulates entrainment from the earth surface formed by the movement of high-speed train]. Trudy konferentsii “Bezopasnost dvizheniya poyezdov” [Proc. of the Conf. “Train Traffic Safety]. Moscow, 2012, pp. 44.

Isanov R.S. Zadacha ob unose tverdykh chastits s zemnoy poverkhnosti potokom vozdukha pri dvizhenii vysokoskorostnogo poyezda [The problem of fly ash particulates entrainment from the earth surface during the high-speed train movement]. Mezhdunarodnaya konferentsiya “Ekspluatatsionnaya nadezhnost lokomotivnogo parka i povysheniye effektivnosti tyagi poyezdov” [Int. Conf. “The operational reliability of the locomotive fleet and improving the train traction]. Omsk, 2012, pp. 270-274.

Kravets V.V., Kravets Y.V. Aerodinamika chastichno perekrytogo mezhvagonnogo prostranstva skorostnogo poyezda [Aerodynamics of partially overlapped an intercar space of the high-speed train]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University named after Academician V. Lazaryan], 2005, issue 8, pp. 61-69.

Loytsyanskiy L.G. Mekhanika zhidkosti i gaza [Fluid mechanics]. Moscow, Fizmatgiz, Nauka Publ., 1973. 804 p.

Nigmatulin R.I. Dinamika mnogofaznykh sred. Tom 1 [Multiphase medium dynamics. Vol. 1]. Moscow, Nauka Publ., 1987. 464 p.

Nigmatulin R.I. Dinamika mnogofaznykh sred. Tom 2 [Multiphase medium dynamics. Vol. 2]. Moscow, Nauka Publ., 1987. 360 p.

Khamidov A.A., Balabin V.N., Isanov R.S., Yaronova N.V. Ploskiye zadachi o struynom obtekanii vysokoskorostnogo poyezda [Plane problems of jet flow around of the high-speed train]. Problemy mekhaniki – Problems of Mechanics, 2013, no. 1-2, pp. 11-15.

Sedov L.I. Ploskiye zadachi gidrodinamiki i aerodinamiki [Plain problems of the hydrodynamics and aerodynamics]. Moscow, Nauka Publ., 1966. 448 p.

Fayzybayev S.S., Soboleva I.Y., Mukhamedova Z.G. Issledovaniya po razrabotke metodov dinamicheskogo rascheta detaley mashin pri impulsnom nagruzhenii ikh poverkhnostnykh sloyev [Researches on the development of methods for the dynamic analysis of machine parts under impact loading of the surface layers]. Vestnik Tashkentskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta [Bulletin of Tashkent Institute of Railway Transport Engineers], 2008, no. 3, pp. 35-37.

Fayzybayev S.S., Soboleva I.Yu., Mukhamedova Z.G. Obosnovaniye metodiki eksperimentalnoy otsenki plasticheskikh deformatsiy na poverkhnosti uprochnyayemogo bandazha [Methodology justification of experimental evaluation of plastic deformations on the surface of the reinforcing band]. Problemy mekhaniki – Problems of Mechanics, 2011, no. 3-4, pp. 54-56.

Fayzybayev S.S. Modelirovaniye nagruzheniya poverkhnosti kontakta kolesa i relsa [Loading simulation of the wheel and rail contact surface]. Vestnik Tashkentskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta [Bulletin of Tashkent Institute of Railway Transport Engineers], 2010, no. 1, pp. 32-35.

Khamidov A.A. Ploskiye i osesimmetrichnyye zadachi o struynom techenii idealnoy szhimayemoy zhidkosti [Plane and axially symmetric problems of the jet stream of ideal compressible fluid]. Tashkent, Fan Publ., 1978. 137 p.

Khamidov A.A., Isanov R.S., Ruzmatov M.I. Zadacha ob obtekanii vagona potokom idealnoy szhimayemoy zhidkosti [The problem of the flow around the car by the ideal compressible fluid flow]. Materialy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii “Problemy nazemnykh transportnykh system” [Proc. of Sci. and Technical Conf. “Problems of ground transport systems”]. Tashkent, 2008, pp. 211-213.

Khamidov A.A., Isanov R.S., Yegamberdiyev B.B. Raschet zadachi ob unose tverdykh chastits dvizheniyem vysokoskorostnogo poyezda [Calculation of the problem of fly ash particles entrainment by movement of the high-speed train]. Vestnik Tashkentskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta [Bulletin of Tashkent Institute of Railway Transport Engineers], 2012, no. pp. 32-35.

Khamidov A.A., Isanov R.S., Yegamberdiyev B.B. Zadacha o dvizhenii chastits vozdukha v okrestnosti skorostnogo i vysokoskorostnogo passazhirskogo poyezda [The problem of motion of air particles in the vicinity of high-speed passenger train]. Vestnik Tashkentskogo instituta inzhenerov zheleznodorozhnogo transporta [Bulletin of Tashkent Institute of Railway Transport Engineers], 2011, no. 3, pp. 50-55.

Khamidov A.A., Isanov R.S. Zadacha ob unose tverdykh chastits potokom vozdukha pri dvizhenii vysokoskorostnogo poyezda i raschety dlya raznykh form [The problem of fly ash particles entrainment by movement of the high-speed train and calculations for different forms of particles]. Trudy konferentsii “Resursosberegayushchiye tekhnologii na zheleznodorozhnom transporte” [Proc. of the Conf. “Resource-saving technologies on the railway transport]. Tashkent, 2012. pp. 13-18.

Shlikhting G. Teoriya pogranichnogo sloya [Boundary layer theory]. Moscow, Nauka Publ., 1969. 735 p.

Quinn D., Hayward M., Baker C.J., Schmid F., Priest J.A., Powrie W. A full-scale experimental and modeling study of ballast flight under high-speed trains. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transport, 2010, vol. 224, no. 2, pp. 61-74.

Baker C. The flow around high speed trains. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2010, vol. 98, no. 6, pp. 277-298.

Muld T.W., Efraimsson G., Henningson D.S. Flow structures around a high-speed train extracted using Proper Orthogonal Decomposition and Dynamic Mode Decomposition. Computers & Fluids, 2012, no. 57, pp. 87-97.

Raghunathan R.S., Kim H.D., Setoguchi T. Aerodynamics of high-speed railway train. Progress in Aerospace sciences, 2002, vol. 38, no. 6, pp. 469-514.


GOST Style Citations


1. Бютнер, Э. Н. Динамика приповерхностного слоя воздуха / Э. Н. Бюнтер. – Л. : Гидрометеоиздат, 1978. – 157 с.

2. Задача об уносе твердых частиц с земной поверхности образованной движением высокоскоростного поезда / Ш. С. Файзыбаев, А. А. Хамидов, Р. Ш. Исанов, Б. Б. Егамбердиев // Безопасность движения поездов : труды конф. – М. : МИИТ, 2012. – 44 с.

3. Исанов, Р. Ш. Задача об уносе твердых частиц с земной поверхности потоком воздуха при движении высокоскоростного поезда / Р. Ш. Исанов // Эксплуатационная надежность локомотивного парка и повышение эффективности тяги поездов : междунар. конф. – Омск : ОМГУПС, 2012. – С. 270–274.

4. Кравец, В. В. Аэродинамика частично перекрытого межвагонного пространства скоростного поезда / В. В. Кравец, Е. В. Кравец // Вісник Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. – Д., 2005. – Вип. 8. – С. 61–69. 5. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа / Л. Г. Лойцянский. – М. : Физматгиз, Наука, 1973. − 804 с.

6. Нигматулин, Р. И. Динамика многофазных сред / Р. И. Нигматулин. – М. : Наука, 1987. – Т. 1. – 464 с.

7. Нигматулин, Р. И. Динамика многофазных сред / Р. И. Нигматулин. – М. : Наука, 1987. – Т. 2. – 360 с.

8. Плоские задачи о струйном обтекании высокоскоростного поезда / А. А. Хамидов, В. Н. Балабин, Р. Ш. Исанов, Н. В. Яронова // Проблемы механики. – 2013. – № 1–2. – С. 11–15.

9. Седов, Л. И. Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики / Л. И. Седов. – М. : Наука, 1966. – 448 с.

10. Файзыбаев, Ш. С. Исследования по разработке методов динамического расчета деталей машин при импульсном нагружении их поверхностных слоев / Ш. С. Файзыбаев, И. Ю. Соболева, З. Г. Мухамедова // Вестн. ТашИИТа. – 2008. – № 3. − С. 35–37.

11. Файзыбаев, Ш. С. Обоснование методики экспериментальной оценки пластических деформаций на поверхности упрочняемого бандажа / Ш. С. Файзыбаев, И. Ю. Соболева, З. Г. Мухамедова // Проблемы механики. – 2011. − № 3−4. − С. 54–56.

12. Файзыбаев, Ш. С. Моделирование нагружения поверхности контакта колеса и рельса / Ш. С. Файзыбаев // Вестн. ТашИИТа. – 2010. – № 1. − С. 32−35.

13. Хамидов, А. А. Плоские и осесимметричные задачи о струйном течении идеальной сжимаемой жидкости / А. А. Хамидов. – Ташкент : Фан, 1978. – 137 с.

14. Хамидов, А. А. Задача об обтекании вагона потоком идеальной сжимаемой жидкости / А. А. Хамидов, Р. Ш. Исанов, М. И. Рузматов // Проблемы наземных трансп. систем : материалы науч.-техн. конф. – Ташкент : ТашИИТ, 2008. – С. 211–213.

15. Хамидов, А. А. Расчет задачи об уносе твердых частиц движением высокоскоростного поезда // А. А. Хамидов, Р. Ш. Исанов, Б. Б. Егамбердиев // Вестн. ТашИИТа. –2012. − № . − С. 32–35.

16. Хамидов, А. А. Задача о движении частиц воздуха в окрестности скоростного и высокоскоростного пассажирского поезда / А. А. Хамидов, Р. Ш. Исанов, Б. Б. Егамбердиев // Вестн. ТашИИТа. − 2011. − № 3. − C. 50−55.

17. Хамидов, А. А. Задача об уносе твердых частиц потоком воздуха при движении высокоскоростного поезда и расчёты для разных форм частиц / А. А. Хамидов, Р. Ш. Исанов // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте : труды конф. (05.12-06.12. 2012). – Ташкент : ТашИИТ, 2012. – С. 13–18.

18. Шлихтинг, Г. Теория пограничного слоя / Г. Шлихтинг. – М. : Наука, 1969. – 735 с.

19. A full-scale experimental and modeling study of ballast flight under high-speed trains / D. Quinn, M. Hayward, C. J. Baker et al. // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F : Journal of Rail and Rapid Transport. – 2010. – Vol. 224, № 2. – P. 61–74.

20. Baker, C. The flow around high speed trains / C. Baker // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2010. – Vol. 98, № 6. – P. 277–298.

21. Muld, T. W. Flow structures around a high-speed train extracted using Proper Orthogonal Decomposition and Dynamic Mode Decomposition / T. W. Muld, G. Efraimsson, D. S. Henningson // Computers & Fluids. – 2012. – № 57. – P. 87–97.

22. Raghunathan, R. S., Aerodynamics of high-speed railway train / R. S. Raghunathan, H. D. Kim, T. Setoguchi // Progress in Aerospace sciences. – 2002. – Vol. 38, № 6. – P. 469–514.



DOI: https://doi.org/10.15802/stp2013/16609

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)