高速列车车身喷射氦气气动减阻研究

简介

传统的列车头尾外形优化及车体平顺化气动减阻方式已趋于减阻极限,应用流动控制技术来降低列车表面摩擦阻力成为实现列车气动减阻的重要途径之一。采用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)对高速列车头车车身向外喷射氦气的主动控制减阻技术进行研究,分析喷气速度、喷气部位以及喷气方式对列车气动阻力及周围流场结构的影响。研究结果表明等截面车身顶面喷气时,随着喷气速度提高,减阻效果减弱,当以0.1U(U为来流速度)喷气时,具有最佳气动减阻效果,整车气动减阻率为3.68%,对比各节车在不同喷气速度下摩擦阻力变化,当喷气速度较低时对各节车均有减阻效果,而喷气速度越高,对中间车和尾车的减阻效果越差,甚至产生增阻效果。头车流线型与等截面车身过渡位置和等截面车身顶面分别以0.1U喷气时均降低了列车整车阻力,流线型头部过渡位置顶面喷气时整车减阻2.22%,减阻率小于等截面车身顶面喷气。当喷气速度为0.1U时,相较于等截面车身顶面或侧面单独喷气,顶面和侧面同时喷气减阻效果最佳,整车气动减阻率达到10.93%,喷射出的氦气在列车表面附着情况比顶面或侧面单独喷气时的效果更好,列车顶面到侧面过渡区域的壁面剪切应力有效降低。研究结果为高速列车气动减阻提供新思路,对克服由于空气动力效应带来的提速瓶颈具有重要意义。