風屏障開孔率對高速列車氣動力的影響

荊 野

（吉林鐵道職業(yè)技術學院，吉林 吉林 132200）

1 列車空氣動力學概論

高速列車的發(fā)展離不開列車空氣動力學的研究，決定了高速列車的外形尺寸。在計算時，因為高速列車要過風屏障、隧道、高架橋等會產生較大的瞬態(tài)壓力，這時高速列車周圍的流場變化就會特別復雜。遇到非定常，則需要考慮空氣的壓縮性，沿著列車長度方向需要考慮附面層的影響。而在一個流場區(qū)域內包括的列車在風屏障內運行，需要模擬三維可壓縮非定常的數(shù)值計算方法[2]。

2 建立CRH5動力學模型

步驟如下：

首先建立點，分別建立點 （-48.2，-4.2，0）、（48.2，-4.2，0）、（-47.7，-4.7，0）、（47.7，-4.7，0）、（-47.7，-2.4，0）、（47.7，-2.4，0）、（-46.5，-1.6，0）、（46.5，-1.6，0）、（-44.8，-0.7，0）、（44.8，-0.7，0）、（-42，0，0）、（42，0，0）、（-41.6，0，0）、（41.6，0，0）。然后將所有的點用Create Straight Edge連成線，連成線之后將所建立的線根據(jù)需要用Create Face from Wireframe建成面。最后建立體，將剛生成的高架橋橫截面拉伸成體。得到高速列車模型的長度分別為25.7m、25m和25.7m，車輛總長為76.4m，簡化對計算結果影響不大的原件，列車模型圖1所示，在高架橋上的高速列車如圖2所示。

圖1 列車模型

圖2 高速列車在高架橋上模型

3 計算結果分析

利用流體動力學軟件計算結果如圖3、圖4所示。

圖3 升力隨風屏障開孔率變化

圖4 橫向力力隨風屏障開孔率變化

由圖3可得，無風屏障時列車的升力最大，最大值為400kN，并且隨著開孔率的增加，升力線性變大。風屏障沒有開孔時升力最小為60kN，開孔率30%，升力為180kN，橫向力明顯變大，開孔率60%時，升力最大為330kN，開孔率增大一倍，升力卻增加83%。

由圖4可得，無風屏障時列車的橫向力最大，最大值為1600mN，列車的橫向力隨著開孔率的增加而增大。風屏障沒有開孔時橫向力最小為70mN，開孔率30%，橫向力為600mN，橫向力明顯變大，開孔率60%時，橫向力最大為1000mN，開孔率增大一倍，升力卻增加67%。