列車空氣動(dòng)力學(xué)

1、1、空氣動(dòng)力學(xué)中所研究的運(yùn)動(dòng)流體范圍用馬赫數(shù)馬赫數(shù)表示，一般分為5個(gè)區(qū)段：1）低速流Ma=52、主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容：1）不同運(yùn)行環(huán)境下高速繞過列車流動(dòng)的空氣作用于列車上的空氣動(dòng)力、力矩及其產(chǎn)生的機(jī)理；2）不同運(yùn)行環(huán)境下高速列車引發(fā)的空氣動(dòng)力問題對周圍環(huán)境影響的規(guī)律；3）降低列車空氣動(dòng)力效應(yīng)的措施。3、研究方法研究方法：理論分析、流場數(shù)值模擬計(jì)算和列車空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)4、試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法：實(shí)車試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)（風(fēng)洞試驗(yàn)、動(dòng)模型模擬試驗(yàn)）

2、5、壁面湍流模型壁面湍流模型：對于有固體壁面的充分發(fā)展的湍流流動(dòng)，沿壁面法線的不同距離上，可將流動(dòng)劃分為壁面區(qū)和核心區(qū)（完全湍流區(qū)）。對壁面區(qū)可分為3個(gè)子層：粘性底層、過渡層、對數(shù)律層。粘性底層粘性底層：緊貼固體壁面的極層，層流流動(dòng)，粘性力起主要作用，湍流切應(yīng)力可以忽略，平行于壁面的速度分量沿壁面法線方向線性分布。過渡層過渡層：粘性力與湍流切應(yīng)力的作用相當(dāng)，流動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，很難用公式來描述。其厚度極小，工程計(jì)算中通常歸入對數(shù)律層。對數(shù)

3、律層對數(shù)律層：粘性力的影響不明顯，湍流切應(yīng)力占主要地位，流動(dòng)處于充分發(fā)展的湍流狀態(tài)，流速分布接近對數(shù)律。6、網(wǎng)格分類、網(wǎng)格分類：結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、混合網(wǎng)格7、車輛風(fēng)洞試驗(yàn)分為測力試驗(yàn)和測壓試驗(yàn)。車輛風(fēng)洞試驗(yàn)分為測力試驗(yàn)和測壓試驗(yàn)。測力試驗(yàn)內(nèi)容測力試驗(yàn)內(nèi)容：測力試驗(yàn)主要有變風(fēng)速試驗(yàn)和變側(cè)滑角試驗(yàn)兩大類，變風(fēng)速試驗(yàn)是在模型側(cè)滑角不變的情況下，在不同風(fēng)速下分別測定各節(jié)車的氣動(dòng)力。變側(cè)滑角試驗(yàn)是在風(fēng)速一定的情況下，通過轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)改變多年聯(lián)掛列

4、車模型的側(cè)滑力，在不同的側(cè)滑角下分別測定各節(jié)車氣動(dòng)力，主要用于研究橫風(fēng)對列車氣動(dòng)性能的影響。通常列車模型由三節(jié)或三節(jié)以上的車輛編成，采用多天平側(cè)力，即每節(jié)車通過一內(nèi)置式應(yīng)變天平和支桿固定在試驗(yàn)地板上，天平感受到的氣動(dòng)力信號(hào)經(jīng)通放器放大和AD轉(zhuǎn)換，由計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)適時(shí)顯示和分析。測壓試驗(yàn)內(nèi)容測壓試驗(yàn)內(nèi)容：模型壓力分布測量通常又叫側(cè)壓實(shí)驗(yàn)，其目的是測量車輛模型及部件等表面的壓力分布，為車輛及其部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算提供壓力載荷；為研究車輛

5、流動(dòng)性能提供數(shù)據(jù)，是驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法是否準(zhǔn)確的一個(gè)重要手段。8、動(dòng)模型試驗(yàn)裝置分類動(dòng)模型試驗(yàn)裝置分類：淺水槽模型試驗(yàn)裝置、沿鋼絲滑行動(dòng)模型試驗(yàn)裝置、大型動(dòng)模型試驗(yàn)裝置9、壓力傳感器有差壓和絕壓兩種。低壓室壓力是大氣壓或真空。采用恒溫密封瓶法。10、列車表面空氣壓強(qiáng)垂直于列車表面，并以指向作用面方向?yàn)槠湔颉?1、列車空氣阻力主要由三部分組成：一是頭部及尾部壓力差所引起的阻力，成為“壓差阻力”；二是由于空氣粘性而引起的作用于車體表面的剪切

6、應(yīng)力所造成的阻力，成為“摩擦阻力”；三是干擾車輛光滑表面的突出物所引起的阻力，成為“干擾阻力”。系數(shù)分類：無因次空氣阻力系數(shù)、無因次壓差阻力系數(shù)、無因次表面摩擦阻力系數(shù)12、會(huì)車壓力波幅值的影響因素：1）隨著會(huì)車列車速度的大幅度提高，會(huì)車引起的壓力波的強(qiáng)度將急劇增大。2）會(huì)車壓力波幅值隨著頭部長細(xì)比的增大而近似線性地顯著減小。3）會(huì)車壓力波幅值隨會(huì)車列車內(nèi)側(cè)墻間距增大而顯著減小，但減小的幅度隨會(huì)車內(nèi)側(cè)距離增大而逐漸減小4）會(huì)車壓力幅值隨

7、會(huì)車長度增大而近似呈線性地明顯增大5）經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式表明，會(huì)車壓力波近似地與（u1u28）^2（u1為通過車速度，u2為觀測車速度）成正比。13、隧道微氣壓波：高速列車駛?cè)胨淼喇a(chǎn)生壓力波，在隧道內(nèi)以聲速傳播到達(dá)隧道口時(shí)，一部分壓力波以脈沖波的形式向外放射，同時(shí)產(chǎn)生爆破聲，造成了隧道口附近的環(huán)境問題，這種波成為隧道微氣壓波。14、壓力波對旅客的影響：高速列車在會(huì)車時(shí)，特別是在隧道內(nèi)會(huì)車時(shí)，車體表面將受到正負(fù)數(shù)千帕的瞬時(shí)壓力變化。壓力波動(dòng)傳遞

8、到車廂內(nèi)，旅客會(huì)感到不舒適，輕者壓迫耳膜，重則頭暈惡心，甚至造成耳膜破裂。15、目前氣壓變化環(huán)境下人體舒適度（車廂內(nèi)空氣壓力允許變化率標(biāo)準(zhǔn)）評價(jià)有兩種方法：一種是從壓力變化幅值和壓力變化率兩個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行評估，如日本、德國等；另一種是考核某一時(shí)間段內(nèi)的壓力變化幅值，如英國、美國等，這一時(shí)間段是根據(jù)人耳對外界氣壓變化完成自我調(diào)整所需時(shí)間來確定的，考慮了人體生理的需求，因此，已被大多數(shù)國家所采用。我國尚未制定該標(biāo)準(zhǔn)。16、車輛密封性要求：1）

9、整車落成后的密封性能要求達(dá)到車內(nèi)外壓力差從3600Pa降至1350Pa的時(shí)間大于18s；2）車體結(jié)構(gòu)的內(nèi)外壓力差從3600Pa降至1350Pa須大于36s；3）組成后的車窗、車門、風(fēng)擋應(yīng)能在4000Pa的氣動(dòng)載荷的作用下保持良好的密封性，對空?調(diào)通風(fēng)裝置、供排水和衛(wèi)生系統(tǒng)等也有一定密封性要求。17、列車頭型對列車氣動(dòng)性能的影響：1）列車流線型頭部長度越長，既有利于降低列車交會(huì)空氣壓力波，又能有效地減小列車空氣阻力，同時(shí)還能改善列車其他空

10、氣空里性能；2）列車流線型頭部長度一定時(shí)，在無橫風(fēng)情況下，頭車阻力：橢球形為最小，扁寬形為最大；尾車阻力：扁梭形為最小，鼓寬形為最大；列車總阻力：以頭車為橢球形而尾車扁梭形為最小。在橫風(fēng)作用下，扁寬形頭車阻力較小，橢球形頭車阻力較大；3）列車交會(huì)壓力波：以扁寬形為最小，橢球形為最大，扁梭形和鼓寬形車頭介于中間。變前窗部位水平過渡曲線對列車交會(huì)波幅值影響較小；減小鼻尖部位水平過渡曲線的曲率半徑（即扁形鼻尖）可以有效地降低列車交會(huì)壓力波。1

11、8、列車流線型頭部形狀需要通過外形控制參數(shù)與控制型線來實(shí)現(xiàn)，控制參數(shù)包括流線型頭部長度、寬度、傾斜度等；控制型線主要有縱向、橫向、水平剖面最大輪廓線，又分為主控制型線和輔助控制型線，主控制型線包括縱向?qū)ΨQ面最大控制型線、俯視最大控制型線和車體截面外廓型線。19.空氣動(dòng)力學(xué)主要是研究不同運(yùn)行環(huán)境下列車的流動(dòng)現(xiàn)象及對列車作用影響規(guī)律的科學(xué)。20.空氣的壓縮性；馬赫數(shù)〈0.3時(shí)不考慮壓縮性21.空氣彈性模數(shù)E；壓強(qiáng)增量與空氣單位比容增量之比2