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基于PIV的有砟道床周围沙粒运动学特性研究OA

Study on Kinematic Characteristics of Sand Particles around Ballasted Beds Based on PIV

中文摘要英文摘要

沙粒侵入有砟道床会严重威胁其长期稳定性与行车安全.基于风洞试验与粒子图像测速技术,通过系统测量并分析沙粒运动的速度场、方向分布及通量输运的时空演化特征,研究风沙环境中铁路有砟道床周围沙粒的运动规律.结果表明:风沙流在穿越道床-钢轨系统时,其流场结构发生显著改变,呈现明显的速度分层与流动方向重构现象;沙粒运动方向沿程经历集中、偏转、混沌和恢复的典型演化过程,其方向集中度由迎风侧的0.959下降至轨间区域的0.200,并于背风侧回升至0.639;沙粒通量沿程衰减约48%,近地层沉积效应显著,各测量位置中向下运动的沙粒占比普遍高于60%.有砟道床通过能量耗散和筛选作用双重机制影响风沙输运,能量耗散持续削弱气流挟沙能力,筛选作用则促进沙粒在道床内部沉积.

Sand intrusion into ballasted beds seriously threatens their long-term stability and operational safety.Based on wind tunnel experiments and particle image velocimetry(PIV),this study investigated the movement of sand particles around ballasted beds in a wind-sand environment by systematically measuring and analyzing the spatiotemporal evolution of particle velocity fields,directional distributions,and flux transport.The results show that,when the wind-sand flow passes through the ballast-rail system,the flow field structure changes significantly,exhibiting clear velocity stratification and flow direction reorganization.The particle motion direction undergoes a typical evolution process of convergence,deflection,chaos,and recovery along the flow path.The directional concentration decreases from 0.959 on the windward side to 0.200 in the inter-rail region,and then rises to 0.639 on the leeward side.The particle flux attenuates by about 48%along the path,while near-surface deposition is significant,with the proportion of downward-moving particles generally exceeding 60%at all measurement positions.The ballasted bed affects wind-sand transport through the combined mechanisms of energy dissipation and screening:energy dissipation continuously weakens the sand-carrying capacity of the airflow,while the screening effect promotes sand deposition within the ballast layer.

石龙;苏丽君;韩峰;马学宁;朱兆荣;李寿图;郭兴铎

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交通工程

有砟道床砂粒侵入风洞试验粒子图像测速运动学特性

Ballasted bedSand intrusionWind tunnel testParticle image velocimetryKinematic characteristics

《中国铁道科学》 2026 (2)

1-11,11

兰州交通大学青年科学基金资助项目(2024033)中央引导地方科技发展资金项目(24ZYQA044)中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(N2023X050)

10.3969/j.issn.1001-4632.2026.02.01

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