柳重陽(yáng)
(吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院,吉林 吉林 132200)
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]。
(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。
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。