为了研究不同形式风挡的高速列车在明线运行时的气动噪声,给3辆编组的高速列车模型分别配备3种不同形式的风挡(仅具内风挡、内风挡+半开放式外风挡、内风挡+全封闭式外风挡),运用大涡模拟的方法,对流场进行瞬态计算并获得列车表面动态压力,经傅里叶变换后,对整车及风挡局部的偶极子声源进行频谱分析。研究表明,不同速度下的高速列车表面统计平均A计权声压级频谱曲线基本平行,声压级随着高速列车运行速度的提高而增加,其高频段和低频段声压级较小,在200~1000 Hz之间较高,形成了一个宽频段;与整车表面相比,风挡局部表面偶极子声源的平均A计权声压级明显更高,低频段增加也非常明显,宽频区域也更大,说明风挡局部是全车主要噪声来源之一;3种风挡局部噪声由大到小顺序为仅具内风挡>内风挡+半开放式外风挡>内风挡+全封闭式外风挡,即内风挡+...

为研究车端间距对高速列车风挡气动噪声的影响,文章利用大涡模拟方法和Lighthill声学比拟理论建立高速列车风挡气动噪声数值计算模型,并设计四种不同车端间距下的风挡方案,计算相应的气动噪声。结果表明,风挡的气动噪声随着车端间距的增加而增大,在满足工程约束的条件下,可以通过减小车端间距来改善高速列车风挡的气动噪声。

越来越多的“晃车”现象凸显了明确车体姿态变化与列车气动性能之间的关系对于确保高速列车运行安全至关重要。但是,目前关于这个问题的相关信息较少。因此,本研究通过改进延迟分离涡数值模拟方法(IDDES)研究了车体下心滚摆对高速列车空气动力学性能的影响。结果表明,车体侧滚对转向架的气动性能有显著影响,车体侧滚会使转向架的侧向力和摇头力矩明显增大,进而加剧高速列车的运行不稳定性。此外,车体侧滚引起的转向架两侧纵向压力分布不均是导致转向架摇头力矩增大的主要原因。同时,尾涡也受到车体侧滚的影响发生了垂向的抖动。

伴随着激波、膨胀波等波系的综合作用,真空管道高速列车诱发的气动热效应十分明显。初始环境直接关系到管内列车气动性能的好坏,研究环境初始温度对真空管道高速列车气动特性的影响对未来真空管道列车运输系统的研发具有重要意义。在建立含动边界的准二维非定常数值计算模型的基础上,通过分子动理论描述气流物性变化,利用SST k-ω转捩模型预测层流-湍流的混合流动状态,结合动网格技术实现了管内列车的跨音速运动,研究了273.15 K、300 K、350 K、400 K的初始环境温度下列车的气动特性变化。结果表明,随着初始环境温度增大,整车阻力减小,尾流扰动区发展过程减缓而车前扰动区发展过程加快,整个流场扰动区长度变化不大;在不同初始环境温度下,尽管尾流伴随着涡流脱落,但其温度波动的主频很低,约为0.76 Hz,波动幅度不超过2 K。

通过建立隧道-列车-空气三维CFD数值仿真模型,研究了帽檐斜切式隧道洞门对列车通过隧道时的流场特性的影响,得出了高速列车通过隧道时洞门斜切斜率和列车运行速度对隧道中部监测点压力波变化、列车车头鼻尖处压力变化和隧道口外40 m处微压波的影响规律。研究结果表明随着隧道洞门斜切率的减小,隧道中部监测点压力波和列车车头鼻尖处压力的变化趋势基本保持一致,并且压力幅值几乎不变;而隧道口外的微压波幅值显著降低。当列车运行速度从250 km/h增加到350 km/h时,隧道中部监测点压力波、列车车头鼻尖处压力最大值及微压波幅值随车速增加而增加,且初始压缩波峰值、负压幅值和车头鼻尖处压力幅值与车速的二次方成正相关;初始压缩波的瞬变压力梯度最大值与车速的三次方成正相关。

随着高速铁路的发展,列车在横风作用下的安全问题尤为重要。采用流体力学软件Star CCM+建立32 m简支箱梁和CRH2型高速列车的全尺寸模型,对不同风屏障开孔形式的车桥系统进行数值模拟,研究了风屏障开孔形式对风屏障挡风效率和流场的影响,分析了车辆三分力系数和桥梁三分力系数随开孔形式的变化规律。结果表明风屏障的开孔形式对车辆的阻力系数影响较大,且随着开孔边数的增加各车辆的阻力系数先减小后增大,开孔形式为格栅形时阻力系数最大。采用格栅形式时中车比头车的力矩系数大了63.6%;中车的阻力系数和力矩系数随开孔边数的增加基本呈下降趋势,位于背风侧时中车阻力系数和力矩系数变化较缓;随着风屏障开孔边数的增加,桥A段、桥B段和桥C段的阻力贡献率CRWBD都呈增加趋势,其中桥B段的贡献率增加最多,增加了12.2%。风屏障对阻力和力矩的...

西部风沙地区强风沙流对高速列车运行带来巨大安全隐患。高速列车的行驶线路一般分为平直地面、路堤及高架桥等,不同线路类型对高速列车气动特性的影响差异明显,尤其在强横风下,列车运行的流场特性更加复杂。为研究风沙环境下不同线路类型对高速列车横风气动特性的影响,采用数值模拟方法对列车运行速度250 km/h,横风风速分别为10,20,30,40,50 m/s,线路结构分别为平直地面、5 m路堤及10 m高架桥等不同工况下的列车气动性能进行仿真对比分析。计算结果表明风沙环境下列车迎风侧正压区域及背风侧负压区域相比无沙环境均增大,其中,头车在平地工况下压力增幅最大,路堤及高架桥工况较小;风沙流中沙粒增加了列车的阻力,随着横风风速增大,头车阻力系数减小,尾车阻力系数增大,中间车阻力系数基本不变,列车侧向力系数均增大;在同一横风风速下,不同...

基于SST k-ω湍流模型和Euler-Lagrange离散相模型,建立了风沙环境下高速列车空气动力学计算模型,研究了不同沙粒浓度、不同风速及不同车速条件下的列车空气动力学性能。计算结果表明风沙环境下,列车头车迎风侧主要受正压力影响,背风侧主要受负压力影响,最大正压力区域由鼻尖逐渐向迎风侧偏移;由于横风的影响,随着沙粒浓度的增强,头车迎风侧沙粒质量浓度增大,背风侧沙粒质量浓度变化较小;对于固定的车速和风速,头车气动力系数随沙粒浓度的增强而增大,且与沙粒浓度近似呈线性关系;沙粒浓度固定时,头车气动力系数随风速的增大而增大,随着车速的提升,头车气动力系数反而下降;风沙环境下,头车侧力系数、头车侧滚力矩系数可近似拟合为沙粒浓度、侧偏角及合成风速的二次多项式;头车升力系数可近似拟合为沙粒浓度、侧偏角及合成风速的三次多...

采用空气动力学和车辆动力学2种分析方法,建立考虑横风作用的高速列车空气动力学模型,分析不同风速及车速条件下列车所受的气动载荷特性变化规律;建立车辆-轨道耦合动力学模型,对高速列车在不同风速横风和轨道不平顺组合作用下头车、尾车和中间车的蛇行失稳临界速度、蛇行振动极限环幅值、蛇行振动频率、蛇行失稳特征等进行对比分析。结果表明高速列车通过横风区段时产生的气动载荷对其蛇行失稳临界速度有明显影响,头车的蛇行临界速度较无风时明显下降,尾车及中间车的降幅次之;无风与风载工况下车辆的蛇行失稳形式存在本质区别,无风工况下车辆易发生二次蛇行,风载作用下车辆易发生一次蛇行;风载作用下,车辆发生蛇行失稳的最不利工况为较大的等效气动横向力和较大的气动升力共同作用的组合工况;风载和轨道不平顺的持续时间对...

针对高速列车车身风阻制动板的气动外形设计问题,设计3种几何外形(矩形、贝壳形和翅形)、2种装设角度(75°和90°)共6种组合方式的风阻制动板设计方案。采用基于SST k-ω湍流模型的RANS方法研究高速列车车身风阻制动板对整车气动增阻性能的影响。为简化风阻制动气动仿真计算,建立基于6种组合方式的风阻制动板-车顶模型,通过对比分析模型数值仿真结果,明确风阻制动板气动增阻机理、风阻制动板气动外形与布局角度对车顶模型的气动增阻效应的影响,初步确定风阻制动板装车设计方案,并对风阻制动板方案进行计算验证,通过比对装板前后列车风阻制动力气动特性和列车-风阻制动板周围流场结构,明确风阻制动板对列车整车增阻特性的影响,最终确定较优的风阻制动板设计方案的实际增阻效应。研究结果表明当风阻制动板位于车顶、与水平面成75°夹角...