明線上高速列車氣動阻力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、氣動阻力是影響高速列車提速的關(guān)鍵氣動指標之一，良好的阻力特性也是列車節(jié)能環(huán)保的重要標志。實驗研究表明高速列車氣動阻力與運行速度的平方成線性關(guān)系，當列車運行速度超過200km/h時，氣動阻力約占總阻力的70％左右，運行速度超過300km/h時，氣動阻力占總阻力的85％以上，列車速度越高，氣動阻力占列車總阻力比值也越高。因此，減小牽引功率，降低能耗，提高經(jīng)濟效益的最關(guān)鍵問題是高速列車的氣動減阻。
　　本文利用CD-adapco公司開發(fā)

2、的基于有限體積法的STAR-CCM+計算流體力學軟件對高速列車明線穩(wěn)定運行和明線交會時列車氣動阻力進行了數(shù)值模擬。本文流場計算的控制方程為雷諾時均法的三維湍流N-S方程，選用工程上常用的SST k-ω兩方程湍流模型。采用有限體積法對計算域進行空間離散，并采用SIMPLE數(shù)值計算方法求解離散方程組。本文采用全y+壁面處理方法求解壁面邊界層內(nèi)的空氣流動。
　　本文研究了高速列車明線穩(wěn)態(tài)運行和明線交會時各車輛和轉(zhuǎn)向架、受電弓、風擋等關(guān)鍵

3、部位氣動阻力特性，同時分析了列車運行速度和列車編組長度對高速列車明線運行氣動阻力的影響，主要得出以下結(jié)論:
　　(1)明線穩(wěn)態(tài)運行時，頭車和尾車對列車總氣動阻力的影響較大，占列車總氣動阻力的33.7％，頭尾車的壓差阻力大于摩擦阻力，中間各車輛的壓差阻力和摩擦阻力相當。
　　(2)明線穩(wěn)態(tài)運行時，轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)對列車氣動阻力的影響較大，占列車總氣動阻力的30.8％，轉(zhuǎn)向架和轉(zhuǎn)向架腔體的氣動阻力主要表現(xiàn)為壓差阻力;風擋氣動阻力占列車

4、總氣動阻力的8.5％，其壓差阻力遠遠大于摩擦阻力;受電弓系統(tǒng)占列車總氣動阻力的8.5％，也主要表現(xiàn)為壓差阻力。
　　(3)明線穩(wěn)態(tài)運行時，列車的氣動阻力與列車運行速度成二次方關(guān)系;整車氣動阻力與列車編組長度成線性關(guān)系，頭尾車的氣動阻力與編組長度關(guān)系不大。
　　(4)明線交會時，頭尾車的壓差阻力大于摩擦阻力，頭尾車的氣動阻力主要表現(xiàn)為壓差阻力，中間各車輛的壓差阻力和摩擦阻力在數(shù)值上相差不大;各車輛的壓差阻力變化趨勢與對應(yīng)的總氣