涡流发生器安装角度对高速列车尾车气动特性影响研究

更高速度运行给高速列车尾车的平稳性和安全性带来了更大挑战,亟待开展尾车气动减阻降升技术研究。通过抑制高速列车尾涡结构的发展,探究涡流发生器控制下高速列车尾部流场结构的变化和其气动性能的改变。采用数值仿真方法研究3种不同角度涡流发生器对高速列车尾部流场的影响,分析涡流发生器作用下高速列车尾部表面压力分布以及周围流场速度变化规律,确定列车明线运行尾涡控制的涡流发生器安装角度。研究结果表明:涡流发生器提升了高速列车尾车流线型头部区域表面压力,并对列车尾流区域流场产生了显著影响,减小了列车的压差阻力和气动升力。尾车鼻尖点附近低速区域远离鼻尖点,并向更远处发展。随着安装角度增加,涡流发生器生成的漩涡结构对高速列车尾涡的作用更加明显,尾车表面压力提升的面积也逐渐扩大。3种不同角度的涡流发生器对高速列车的尾涡均有抑制作用:安装角为75°时,尾车气动减阻3.94%、升力减少22.69%;安装角为60°时,尾车气动减阻2.78%,升力减少20.82%;安装角为45°时,尾车气动减阻1.47%,升力减少14.46%。提出的涡流发生器抑控方法可有效减弱高速列车尾涡强度,改善尾车流线型区域压力分布,继而改善尾车气动性能。研究成果可为更高速列车的尾迹流动研究提供参考。

城际列车梳齿状涡流发生器气动减阻研究

为减小钝体头型城际动车组的气动阻力,开展尾车车体与头型变截面区处梳齿状涡流发生器气动减阻效应研究。针对保留底部转向架基本气动外形的头车-中间车-尾车列车简化模型,采用Realizable k-ε湍流模型研究梳齿状涡流发生器对列车尾部流动分离以及整车气动阻力的影响。结果表明:钝头城际列车尾部存在明显流动分离现象,同时伴随涡旋产生、发展与脱落。在列车尾部车体末端安装涡流发生器后,气流分离被有效延缓,涡旋产生与发展得到明显抑制,列车尾部流场结构显著优化。对列车进行气动力分析发现,在60 m/s速度下,安装涡流发生器后,尾车压差阻力降低22.07%,三车模型气动总阻力降低7.15%,可以有效减少城际列车碳排放。

列车转向架底部包覆减阻及散热性能研究

为进一步提升更高速动车组的气动性能,研究探讨高速列车转向架底部的气动性能和散热性能优化,重点分析不同包覆方案对列车整体性能的影响。通过仿真分析、风洞试验和实车测试,结果表明,采用全包侧裙板和底部包覆的结构显著降低气动阻力,分别减少6.2%和11.8%。在散热性能方面,实车测试及仿真分析表明,侧裙板包覆时,转向架舱内温度随速度的提升而增加,其中头车的温度增长更快,最高温度达到15.5℃,而在采用全包覆设计时,温度升高更明显,相对于侧裙板包覆,整体散热效果降低约20%,但转向架区域整体温度在可接受范围内。

基于IDDES的动车组隧道不同位置交会数值模拟研究

本文利用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)方法,对200 km/h动车组在隧道内与350 km/h动车组交会时的气动特性进行了数值模拟研究。研究中考虑了不同交会位置对气动力、列车表面压力以及气密性要求的影响。结果表明,隧道入口处的交会会显著增加列车的阻力,而在隧道内部不同位置交会时,阻力可能出现负值,这主要由于压力波的反射效应导致;在不同位置交会的横向力变化较为一致,但在隧道出口时达到最大值;升力变化较小,负极值在隧道中部位置最为显著;压力分析显示,头车在隧道中部交会时的压力变化最为剧烈;交会位置在隧道中部时,气密性要求最高,临界动态气密性指数达到10.2 s。本文研究结果为高速列车在隧道中的气动设计和气密性标准的制定提供了参考依据,有助于提升列车的安全性和舒适性。

横风下桥隧过渡模式对列车气动特性影响研究

采用URANS数值模拟方法,基于10节编组列车模型,研究横风作用下桥隧过渡模式对列车气动特性的影响。分析不同车速下列车表面压力、气动力及流场变化,结果表明:列车在桥隧过渡过程中迎风侧和背风侧压力差异明显,随着车速增加,压力变化幅度显著提升。气动力分析显示,列车阻力、侧向力及倾覆力矩在桥隧过渡区间均有显著波动,尤其是侧向力在横风环境下表现出剧烈突变,车速越高,这种效应越明显。流场分析揭示了列车进入桥梁区间背风侧存在强烈的涡旋结构,涡流分离对车体的气动特性产生重要影响。研究结果为列车在复杂地形下的气动性能优化提供了理论参考。

高速列车尾车流线型长度对尾涡特性的影响研究

高速列车尾涡结构直接影响尾车气动特性。本文采用数值模拟方法,以两车编组动车组为模型,研究高速列车尾车10.0、12.5、15.0 m 3种流线型长度对尾涡特性的影响,分析列车阻力、侧向力、升力、倾覆力矩等气动参数以及尾车后方测点压力的变化规律,对比尾部流场特性。研究结果表明,流线型长度对列车气动性能和尾涡特性具有显著影响;增加流线型长度有效降低尾车阻力、侧向力、升力和倾覆力矩,改善了尾车气动特性;随着尾车流线型长度的增加,尾车后方的压力波动和湍动能强度减弱,尾流区气流更加平顺,提高了列车运行稳定性。

高速动车组通过高原高铁隧道车内压舒适性研究

为研究动车组通过西部高速铁路隧道车内压力舒适性问题,基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法,数值模拟动车组通过坡度隧道车外压力;考虑动车组实际运行时压力保护阀及“车底排水孔”的开闭情况,采用当量泄漏面积法计算车内压力。以宝兰高速铁路隧道为背景,研究国内某复兴号动车组以250 km/h通过296、2 964、6 064、10 950 m 4个隧道时车内压力及舒适性。研究表明,动车组在坡度隧道内运行,车内压力受扰动波和隧道初始气压共同作用;车内压力满足国内和UIC压力舒适性标准舒适性标准,且有一定的冗余量,为研究西部高速铁路列车车内压力舒适性研究提供一定参考。

基于STAR-CCM+和ABAQUS的高速列车受电弓流固耦合仿真分析

基于STAR-CCM+与ABQUS数据交换技术的流固耦合计算方法,开展某高速列车受电弓气动激扰作用下的流固耦合分析,将流场计算结果同风洞试验结果进行比对,验证仿真计算结果的准确性。分析列车明线运行时受电弓周围的流场压力分布特性、耦合构件的变形量和等效应力参数。计算结果表明,弓头的压差阻力是气动阻力的重要组成部分。弓头和上臂杆连接位置,垂向位移最大,可达99.35 mm。弓头垂向变形位移均值应达到约60 mm。上框架焊缝应力最大值可达25.71 MPa,焊缝的许用应力和安全阈值均满足标准要求。计算结果为高速列车受电弓真实场景下的优化设计提供了重要指导。