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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 권혁빈
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국교통대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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본 연구에서는 고속열차의 대차부 착설을 저감하기 위한 전방부 개방식 대차 페어링을 제시하였으며, 장치 설치로 인해 유발되는 열차 및 대차부 유동장 변화와 착설 저감 효과를 추정하기 위하여 전산유체역학을 이용한 시뮬레이션을 수행하였다. 해석 대상 열차는 차세대 고속열차인 EMU-320 열차로 선정하였으며, 해석 주행 속도는 320km/h로 선정하였다. 또한, 개방 면적에 따른 효과를 비교 및 분석하기 위하여 대차부 측면의 면적(A)과 개방 면적(Aopen)의 비율(∆Aopen)으로 해석 케이스를 구분하여, ∆Aopen = 1, 0.5, 0.118, 0으로 4가지 형식으로 구분하여 해석을 수행하였다.
연구 결과, 대차 페어링이 설치된 모든 경우에서 보다 열차 외부의 압력 차이가 감소하였으며, 개방 면적이 축소될수록 압력 차이는 완화되었다. 유속 분포와 유선의 분석을 통해, ∆Aopen = 0.118에서 대차부 측면으로 유입된 유동이 열차 하부로 유출되면서 하부에서 유입되는 눈을 포함한 유동을 효과적으로 방지할 수 있을 것으로 보여졌다. 정량적 분석을 수행하기 위하여, 질량 유량을 계산한 결과 ∆Aopen = 0.118가 열차 하부에서 유입되는 유동을 최대 25%가량 저감하였다. 장치 설치로 인해 발생되는 공기저항을 확인한 결과, ∆Aopen = 0.118의 경우 ∆Aopen = 1대비 모든 차량에서 약 15% 이상 항력을 감소시켜, ∆Aopen = 0과 유사하였다. 이를 통해, 전방부 개방식 대차 페어링은 공기저항을 저감하면서 착설 저감 효과 향상을 얻을 수 있을 것으로 보여졌다.
연구 결과, 대차 페어링이 설치된 모든 경우에서 보다 열차 외부의 압력 차이가 감소하였으며, 개방 면적이 축소될수록 압력 차이는 완화되었다. 유속 분포와 유선의 분석을 통해, ∆Aopen = 0.118에서 대차부 측면으로 유입된 유동이 열차 하부로 유출되면서 하부에서 유입되는 눈을 포함한 유동을 효과적으로 방지할 수 있을 것으로 보여졌다. 정량적 분석을 수행하기 위하여, 질량 유량을 계산한 결과 ∆Aopen = 0.118가 열차 하부에서 유입되는 유동을 최대 25%가량 저감하였다. 장치 설치로 인해 발생되는 공기저항을 확인한 결과, ∆Aopen = 0.118의 경우 ∆Aopen = 1대비 모든 차량에서 약 15% 이상 항력을 감소시켜, ∆Aopen = 0과 유사하였다. 이를 통해, 전방부 개방식 대차 페어링은 공기저항을 저감하면서 착설 저감 효과 향상을 얻을 수 있을 것으로 보여졌다.
목차
I. 서 론 11. 연구 배경 11.1 고속열차 대차부 착설로 인한 설빙피해 발생 과정 11.2 고속열차 설빙피해 현황 21.3 국내외 고속열차 설빙피해 저감을 위한 장치 적용 사례 31.4 전산유체해석을 이용한 대차부 착설 저감 장치 연구 사례 52. 연구 목적 및 방법 72.1 연구 목적 72.2 연구 방법 7II. 해석 방법 81. 전산유체해석 기법 81.1 지배방정식 81.2 수치해법 101.3 난류 모델 112. 해석 모델 및 해석 조건 142.1 해석 열차 모델 142.2 전방부 개방식 대차 페어링 해석 모델 152.3 제어 체적 형상 및 경계조건 162.4 해석 격자계 172.5 격자 의존성 해석 192.6 해석 조건 설정 21III. 해석 결과 221. 열차 주위 유동장 해석 결과 221.1 열차 및 대차부 압력 분포 분석 221.2 대차부 주위 유속 분포 및 유선 분석 252. 전방부 개방식 대차 페어링 효과성 분석 272.1 대차부 질량 플럭스 분포 분석 272.2 대차부 질량 유량 분석 292.3 대차 Q-기준(Q-criterion) 분석 332.4 열차 공기저항 분석 35IV. 결 론 37참고문헌 39Abstract 44
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