建立高架桥和城际动车组的三维模型,应用ANSYS ICEM软件生成结构网格,采用RANS湍流方程开展定常计算以及大涡模拟进行非定常计算,得到车体表面压力时程曲线。通过风洞试验验证数值计算的网格模型和仿真算法。耦合车速和风速,计算高架运行的城际动车组车体气动载荷。研究结果表明:无横风时,动车组头车阻力最大,与速度的二次方成正比;有横风时,尾车阻力最大。车速在80 km/h至200 km/h范围,风速为10 m/s至60 m/s范围时,相同车速和风速下,动车组头车的侧向力、升力和倾覆力矩最大,中间车次之,尾车最小;横风风速对车体气动载荷的影响敏感度大于运行车速。

通过分离涡模拟(DES)数值计算方法,对强侧风中不同行驶工况下某新型城际动车组的非定常气动特性进行研究,计算得到各工况下该型城际动车组所受非定常气动力的时域特性、频域特性,以及列车周围的非定常流场结构。研究结果表明:在强侧风作用下,列车所受气动力存在明显的非定常性,随着路堤高度的增加,非定常性更加显著;非定常气动载荷的主要频率出现在0～50 Hz,峰值频率主要出现在0～8 Hz,应考虑气动载荷频率与车身固有频率接近而可能造成的共振问题;随着路堤高度的增加,转向架和风挡区域流场扰动更加剧烈。

采用风洞试验方法对城际动车组气动阻力优化进行研究,获得不同侧滑角下的城际列车明线及横风气动阻力,并分析头部外形、风挡结构、车底设备对动车组气动阻力的影响规律。研究结果表明:侧偏角在0°～10°范围内,随着侧滑角增加,头车阻力系数逐渐增大,中间车阻力系数先增大后减小;尾车阻力系数对于侧滑角最敏感,头车次之,中间车最小。无横风时,设置外风挡显著减小了头车及尾车阻力系数,但导致中间车阻力系数增加约16.7%,整车阻力系数仅减小4%左右。安装设备舱后,车体底部杂乱的气流变得平顺,无横风时整车气动阻力系数较减小22%,而横风环境下整车气动阻力系数降幅可达25%。