为探明横风作用下车体侧滚对列车气动性能和运行稳定性的影响,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均方程和k-ε双方程湍流模型,对CRH5G动车组进行仿真计算。研究结果表明:当侧滚角从0°增加到2.5°时,车底部迎风侧负压减小,绝对值最大相差532 Pa,车顶迎风侧负压增大,绝对值最大相差579 Pa,车底压力变化的区域更大,车顶和车底背风侧的压力变化都不大;头车后部车底负压减小,绝对值最大相差470 Pa;气动力方面,列车升力增大,头车升力变化最为明显,从0.15 k N增加到16.6 k N;头车的点头力矩提升了20%,尾车的点头力矩下降了7%;进一步的车辆动力学仿真计算结果表明:车体侧滚引起的气动载荷变化对列车脱轨系数、倾覆系数的影响很小。因而在研究横风作用下的列车运行稳定性时,一般可不考虑车体侧滚对气动性能的影响。

基于三维非定常不可压雷诺时均N-S方程和Realizable k-ε湍流模型,采用滑移网格对大风环境下高速列车从静止匀加速到200km/h的非定常气动性能进行模拟。将列车匀速运行的非定常气动力系数的均方根值与风洞试验结果对比,两者规律吻合,幅值差小于10%。结果表明:在15 m/s的横风下,列车匀加速的不同时刻,头、尾车和车辆连接处压力波动明显,当列车运行速度与风速大小相等时,压力波动最大;气动力系数的变化率随车速与风速比值的增大而迅速减小;列车以不同的加速度运行时,相同车速受到的气动载荷相等,但随加速度的增加,侧向力、阻力、倾覆力矩的变化率不断增大,将导致短时间内高速列车气动载荷的变化增大。

越来越多的“晃车”现象凸显了明确车体姿态变化与列车气动性能之间的关系对于确保高速列车运行安全至关重要。但是,目前关于这个问题的相关信息较少。因此,本研究通过改进延迟分离涡数值模拟方法(IDDES)研究了车体下心滚摆对高速列车空气动力学性能的影响。结果表明,车体侧滚对转向架的气动性能有显著影响,车体侧滚会使转向架的侧向力和摇头力矩明显增大,进而加剧高速列车的运行不稳定性。此外,车体侧滚引起的转向架两侧纵向压力分布不均是导致转向架摇头力矩增大的主要原因。同时,尾涡也受到车体侧滚的影响发生了垂向的抖动。

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...

为揭示横风下车体运动对高速列车气动性能的影响规律,通过数值模拟对典型车体运动形态下的横风气动性能开展研究。首先基于实车试验确定了横风下的车体典型运动形态并定义研究工况,然后通过改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法详细分析不同工况下的车体与转向架的气动载荷,以及列车周围的流场结构与表面压力变化情况。研究结果表明横风下高速列车车体运动主要表现为侧滚与横移,车体的侧滚运动对列车升力的影响最明显,头、中、尾车升力均随着车体从迎风侧向背风侧运动而增大,并且车体向背风侧运动时,头车升力增大的幅度大于车体向迎风侧运动相同角度时减小的幅度;当车体运动时,第1转向架横向力、升力与倾覆力矩均增大;车体运动对列车头部、背风侧以及尾部的流动均有较明显的影响,车体向背风侧运动时,头车鼻尖区域流速降低,尾车鼻...

由于横风下运行的高速列车气动特性恶化,面临侧翻的风险,并且转向架和风挡对高速列车周围的流场及气动特性影响较大,会加剧横风下的不稳定性,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法研究横风作用下转向架和风挡的平顺化设计对高速列车气动特性的影响。研究结果表明,在横风下平顺化列车模型由于结构简单,气动阻力更小,同时由于背风侧大尺度涡流引起的负表面压力,侧向力更大,而在原始模型中转向架减弱了大尺度涡流对高速列车背风面表面压力的影响。转向架在列车底部产生了大量的旋涡,是原始模型和平顺化模型中流场出现差异的主要原因,风挡结构比转向架简单,对流场的扰动效果弱,但风挡表面压力对气动阻力会产生较大影响。在频谱分析中,由于原始模型中转向架引起的扰动,高速列车气动力震荡的幅值更大。转向架产生的大量小尺度涡与大...

为了研究时速140km/h高速地铁列车以不同运行方式在隧道中运行时的气动效应,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法,对地铁列车由明线驶入隧道及站间运行时产生的气动效应进行数值模拟,分析不同运行方式对高速地铁隧道气动效应的影响。研究结果表明:列车站间运行时,车体表面测点压力峰峰值沿车长方向基本不变;而列车由明线驶入隧道时,车体表面测点压力峰峰值从头车向尾车逐渐降低。2种运行方式下的隧道壁面测点压力峰峰值均在中间风井处达到最小值。并且列车由明线驶入隧道时的最大车体表面和隧道壁面压力峰峰值分别为列车站间运行时的1.37倍与1.49倍。不同列车密封指数下,列车由明线驶入隧道时的车内压力变化均大于列车站间运行时的车内压力变化。因此,地铁列车由明线驶入隧道时的空气动力学效应比站间运行时更加不利。

本文采用大涡模拟和FW-H声学类比的仿真方法对高速列车头车1位转向架气动发声主尺度进行了分析,获得了该区域气动噪声的发声机理。流场气动激励结果表明,转向架将转向架腔分隔为两个腔体,每个腔体内都形成了较大的环流,其流场脉动频谱呈现多峰离散特性。远场噪声结果表明,在55.56~97.22m/s的速度范围内,转向架区域的气动发声机理是相似的。空腔噪声是高速列车头车1位转向架区域的主要噪声机制,转向架的存在将转向架腔分成两个腔体,改变了该腔的发声模式。

结合风洞试验首次采用三维尾流数值积分方法对高速列车尾部流场进行了定性与定量的分析，结果表明尾流积分方法用于高速列车三维尾流场分析，深化了对尾流机制的认识。

阐述了对我国首列200km/h动力分散型电动旅客列车组(先锋号列车)车体表面压力分布测试情况,对测量结果进行了较为详细的分析,最后用流场计算软件CFX对先锋号列车周围流场进行了数值模拟计算,并将计算结果与测量结果进行了对比,两者有较好的一致性.该研究结果可为空调装置及电器设备冷却风道进排风口位置的选取提供科学依据.