風(fēng)屏障對(duì)高速列車表面壓力的影響研究

柳重陽(yáng)

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132200）

1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基本理論

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)英文縮寫(xiě)為CFD，在研究計(jì)算流體力學(xué)問(wèn)題上，要先研究流體動(dòng)力學(xué)基本理論，再解決實(shí)際流體流動(dòng)問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中非常廣泛，比如飛機(jī)飛行，高速列車運(yùn)行等，并且經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)學(xué)者的完善，現(xiàn)在的流體力學(xué)軟件模擬精度和應(yīng)用廣泛度都顯著提高。計(jì)算流體力學(xué)這門(mén)學(xué)科涵蓋的知識(shí)點(diǎn)特別廣泛，包括微積分方程，計(jì)算幾何、理論力學(xué)等[1]。

2GAMBIT建力計(jì)算模型

（1）首先確定高速列車模型的點(diǎn)，點(diǎn)連成線，線建立面，面拉成體，建立高速列車在高架橋上力學(xué)模型和了解流體物理量。

（2）劃分流體力學(xué)網(wǎng)格，方便計(jì)算。

（3）確立應(yīng)用湍流模型和定義邊界條件。

（4）利用流體FLUENT軟件求解分析結(jié)果。

3 計(jì)算結(jié)果分析

利用FLUENT-3d求解器計(jì)算，確定收斂精度，分析計(jì)算結(jié)果。高速列車車速為300km/h，橫風(fēng)風(fēng)速為20m/s。和整車相比，頭車運(yùn)行環(huán)境最復(fù)雜，安全性最低，所以本文只分析頭車表面壓力。在橫風(fēng)環(huán)境下，有風(fēng)屏障和無(wú)風(fēng)屏障時(shí)，高速列車周圍流場(chǎng)情況不同，表面壓力也不同，影響列車氣動(dòng)性。分別在由風(fēng)屏障和無(wú)風(fēng)屏障的工況下，分析高速列車頭車迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)表面壓力分布。計(jì)算結(jié)果如下。

圖1 無(wú)風(fēng)屏障頭車迎風(fēng)側(cè)

圖2 無(wú)風(fēng)屏障頭車背風(fēng)側(cè)

圖3 有風(fēng)屏障頭車迎風(fēng)側(cè)

圖4 有風(fēng)屏障頭車背風(fēng)側(cè)

由圖1、2可得，當(dāng)高速列車在沒(méi)有風(fēng)屏障的線路上行駛，頭車迎風(fēng)側(cè)和鼻尖車表面壓力較大，最大值為8840Pa，列車車頂壓力較小，背風(fēng)側(cè)鼻尖和車身連接處出現(xiàn)負(fù)壓，負(fù)壓最大值為-18500Pa，沿著車身方向壓力逐漸變?yōu)檎?，變大?/p>

由圖3、4可得，線路施加風(fēng)屏障之后，頭車鼻尖處司機(jī)室周圍壓力最大，最大值為8250Pa，列車背風(fēng)側(cè)鼻尖和車身連接位置出現(xiàn)負(fù)壓，負(fù)壓最大值為-21500Pa，負(fù)壓最大值反而變大。所以風(fēng)屏障可以減少列車表面壓力，提高列車運(yùn)行安全性。