为研究沙尘环境下高速列车明线运行时的气动特性,基于剪切应力传输模型SST k-w双方程湍流模型和拉格朗日离散相模型,与无沙环境下的高速列车气动特性进行比较,计算分析不同沙粒浓度、不同车速下的高速列车气动特性。计算结果表明:沙尘环境下,当车速一定时,列车整车气动阻力、头车气动阻力、尾车气动阻力均随沙粒浓度增加而逐渐增大,且与沙粒浓度近似呈线性关系;对于气动升力,当车速一定时,头车气动升力绝对值随沙粒浓度的增加而增大,尾车气动升力随车速的增加而降低。该研究成果可为高速列车在沙尘环境中的运行安全提供理论参考。

汽车行驶速度提升的同时也带来了高速稳定性和节能减排2个问题。运用汽车空气动力学原理,基于某款车型,利用STAR-CCM+仿真工具建立尾翼的物理模型。通过模拟仿真,发现加装尾翼后,在车速小于120 km/h的5种不同速度条件下,整车气动阻力可降低1%~3%,气动升力可降低43%~46%。结果表明,加装尾翼可改善汽车的气动特性,降低油耗并显著提高汽车的操纵稳定性。该结果可为汽车动力学研究提供参考。

伴随城市轨道交通绿色低碳设计理念的发展,整车气动减阻优化设计成为提升城际列车节能环保的关键方法。采用基于Realizable k-ε的数值计算方法和流体动力学仿真技术,针对某城际列车进行气动阻力分析,并提出了两种气动减阻优化方案,开展气动阻力分布特性对比研究,验证优化方案的减阻节能效果。研究结果表明列车(车型1)不同构成部分阻力占总阻力的比例关系车体(80.49%)>转向架(13.97%)>受电弓(5.54%);不同编组位置阻力系数占比关系头车(26.06%)>尾车(16.66%)>2车(14.93%)>7车(9.89%)>其他中间车(约8%);列车在140~200 km/h范围内,3种车型的阻力系数近似为常数;优化前后3种车型整车阻力系数分别为0.898、0.858和0.807,两种优化方案减阻率分别为4.45%和10.13%,能耗降低率分别4.63%和9.86%。

为探索高速列车气动减阻新方法,采用基于Realizable k-ε的数值计算方法探索在列车尾部不同位置以不同速度射流对列车周围湍流流场和气动阻力的影响规律。研究结果表明在列车等截面车身和流线型尾部过渡位置(位置1)和尾车挡风玻璃上方流动分离位置(位置2)设置射流具有明显的减阻效果;当射流速度小于0.12倍车速时,位置1射流具有最佳减阻效果,整车减阻率高达4.88%(射流速度为0.05倍车速);当射流速度大于0.12倍车速时,位置2射流减阻效果更显著,减阻率在0.2倍车速时达到最大,整车减阻率达2.99%;不同列车运行速度下,各位置以不同速度射流对列车气动阻力的影响规律一致,但减阻率随列车运行速度的增大呈减小趋势。

通过水槽的列车模型试验探讨列车气动阻力特性，讨论列车车型对气动阻力的影响，并得知流线型化的列车阻力系数可减少６３．２％．