明線上高速列車(chē)氣動(dòng)阻力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、氣動(dòng)阻力是影響高速列車(chē)提速的關(guān)鍵氣動(dòng)指標(biāo)之一，良好的阻力特性也是列車(chē)節(jié)能環(huán)保的重要標(biāo)志。實(shí)驗(yàn)研究表明高速列車(chē)氣動(dòng)阻力與運(yùn)行速度的平方成線性關(guān)系，當(dāng)列車(chē)運(yùn)行速度超過(guò)200km/h時(shí)，氣動(dòng)阻力約占總阻力的70％左右，運(yùn)行速度超過(guò)300km/h時(shí)，氣動(dòng)阻力占總阻力的85％以上，列車(chē)速度越高，氣動(dòng)阻力占列車(chē)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(jì)效益的最關(guān)鍵問(wèn)題是高速列車(chē)的氣動(dòng)減阻。
　　本文利用CD-adapco公司開(kāi)發(fā)

2、的基于有限體積法的STAR-CCM+計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)高速列車(chē)明線穩(wěn)定運(yùn)行和明線交會(huì)時(shí)列車(chē)氣動(dòng)阻力進(jìn)行了數(shù)值模擬。本文流場(chǎng)計(jì)算的控制方程為雷諾時(shí)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(duì)計(jì)算域進(jìn)行空間離散，并采用SIMPLE數(shù)值計(jì)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(dòng)。
　　本文研究了高速列車(chē)明線穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和明線交會(huì)時(shí)各車(chē)輛和轉(zhuǎn)向架、受電弓、風(fēng)擋等關(guān)鍵

3、部位氣動(dòng)阻力特性，同時(shí)分析了列車(chē)運(yùn)行速度和列車(chē)編組長(zhǎng)度對(duì)高速列車(chē)明線運(yùn)行氣動(dòng)阻力的影響，主要得出以下結(jié)論:
　　(1)明線穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，頭車(chē)和尾車(chē)對(duì)列車(chē)總氣動(dòng)阻力的影響較大，占列車(chē)總氣動(dòng)阻力的33.7％，頭尾車(chē)的壓差阻力大于摩擦阻力，中間各車(chē)輛的壓差阻力和摩擦阻力相當(dāng)。
　　(2)明線穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)對(duì)列車(chē)氣動(dòng)阻力的影響較大，占列車(chē)總氣動(dòng)阻力的30.8％，轉(zhuǎn)向架和轉(zhuǎn)向架腔體的氣動(dòng)阻力主要表現(xiàn)為壓差阻力;風(fēng)擋氣動(dòng)阻力占列車(chē)

4、總氣動(dòng)阻力的8.5％，其壓差阻力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于摩擦阻力;受電弓系統(tǒng)占列車(chē)總氣動(dòng)阻力的8.5％，也主要表現(xiàn)為壓差阻力。
　　(3)明線穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，列車(chē)的氣動(dòng)阻力與列車(chē)運(yùn)行速度成二次方關(guān)系;整車(chē)氣動(dòng)阻力與列車(chē)編組長(zhǎng)度成線性關(guān)系，頭尾車(chē)的氣動(dòng)阻力與編組長(zhǎng)度關(guān)系不大。
　　(4)明線交會(huì)時(shí)，頭尾車(chē)的壓差阻力大于摩擦阻力，頭尾車(chē)的氣動(dòng)阻力主要表現(xiàn)為壓差阻力，中間各車(chē)輛的壓差阻力和摩擦阻力在數(shù)值上相差不大;各車(chē)輛的壓差阻力變化趨勢(shì)與對(duì)應(yīng)的總氣