以国内某型高速列车的3车编组模型及不同形式外风挡为研究对象,采用大涡模拟和FW-H声学方程结合的计算方法,探究车端外风挡间隙和包覆面积对整车气动噪声的影响,得出增加外风挡包覆面积、采取对接密贴风挡有助于降低车端气动噪声,并通过风洞试验进行了验证。

采用大涡模拟和FW-H方法,对1:8缩比8车编组北京轨道交通新机场线列车气动声学特征进行模拟研究。列车模型按照实际列车缩比而成,包含转向架、风挡和受电弓等复杂结构。列车运行速度分别为140,160,220和250 km/h。研究分析速度场、涡量场、压力脉动场和辐射声场等。研究结果表明:偶极子声源强度主要分布在尾车、头车流线型车底、第1个转向架、空调机组和受电弓区域;不同测点声压级随着频率的增加,总体呈现为先上升后下降的趋势,在400~700 Hz频率左右时测点声压级达到峰值;监测点的总声压级在头车流线型附近较大,在尾车及其下游,总声压级逐渐减小。

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%。

随着运行速度的提升,高速列车对气动外形的要求也越来越高,追求性能优异、美观大方的气动外形是新型高速列车研发的一个重要方向.基于当前高速列车外形研发的思路,可以将气动外形优化概括为基于流场机理的改型优化和基于优化算法的外形优化两类.本文简要回顾了当前国内外在这两类优化途径上的系列工作,着重介绍了作者所在团队近年来做过的一系列气动外形优化工作.在基于流场机理的改型优化上,着重从“和谐号”和“复兴号”这两款主力车型的外形研发上探讨其改型优化的思路,主要探讨了空调导流罩、受电弓平台、风挡和转向架裙板几类对列车阻力影响较为明显的部件的优化设计,并介绍了其相对于上一代车型在气动性能上的提升.基于优化算法的外形优化方法,则因循气动外形优化流程,在列车外形已经具有较好性能的基础上,以高速列车...

为了探索尾部吹气控制对城市轨道交通列车气动阻力的影响,采用基于Realizable k-ε两方程模型的DDES方法模拟列车明线运行时的车身周围流场结构,分析了在尾车不同位置施加吹气控制,以及不同吹气速度的影响规律,并通过风洞试验结果验证了文章选用的数值模拟方法。研究结果表明压差阻力是列车阻力的重要来源,约占总阻力的80.1%,摩擦阻力占比约为19.9%;列车尾车设置吹气控制可显著减小列车气动阻力,且对列车压差阻力的影响远大于摩擦阻力;不同吹气方案下,尾车减阻效果最显著,其次是中间车,最高减阻率分别为27.6%和4.6%;分离点区域压力和流向涡强度是影响列车阻力的重要因素,吹气边界靠近流向涡涡核时可弱化流向涡强度,特定吹气边界控制下列车尾车压差阻力的减阻率高达31.9%;列车气动减阻率随吹气速度增大而增大,当吹气速度由0.2U增大至0.4U时,整...

基于空气动力学数值模拟方法,针对高速动车组列车前端区域及其内部进行数值仿真,同时考虑开闭罩处的缝隙及前端内部流场对列车气动性能的影响。研究结果表明:列车内部的车钩、开闭机构等部件表面压力变化较小,而列车外部压力变化较大,在排障器间隙及表面部分区域出现小范围的高压区,同时在外形曲率变化较大的区域出现较大涡流。在考虑开闭罩处的缝隙及其内部流场后,列车气动阻力系数均有所增加,其中头车阻力系数增加6.6%,中间车及尾车受影响较小。

基于空气动力学数值模拟方法,针对列车不同部位的转向架和转向架结构表面的气动阻力分布进行分析,对高速动车组列车整车气动效应进行数值仿真。研究结果表明:转向架流场区域在靠近来流端的上部会形成部分死水区,该区域流场与外部质量交换较小,转向架结构表面在来流方向上游会形成一个正压区,在下游方向的转向架结构表面会形成小范围的负压区。列车头车转向架气动阻力明显高于中间车和尾车,其中列车头车I位转向架受到的气动阻力最大,其次是头车II位端转向架,列车的中间车和尾车转向架阻力分布较为均匀,均为头车转向架阻力的60%左右。

城际列车的运行速度一般处于100~200 km/h之间,对于这类列车气动性能的研究基本处于空白状态,而随着城际列车的不断开通,其安全问题日益加深,因此有必要对城际列车进行气动性能分析。采用数值模拟计算的方法,对温州S1线列车的气动性能进行研究。主要分析列车明线运行时阻力和噪声、列车过隧道车体表面压力变化和车厢内部压力变化几个方面。通过对结果的分析对比,得出其变化规律随着速度的增大,阻力增大,车体表面压力增大,车内压力增大,噪声增大;列车过隧道时,40m^2圆形隧道要比33m^2方形隧道气动性能好;对于单车过隧道,动态密封指数要大于10 s;列车以160 km/h速度运行时,线边25 m远、沿列车轴线方向的最大噪声级约80 d B,在环境噪声允许范围内。