采用风洞试验方法对城际动车组气动阻力优化进行研究,获得不同侧滑角下的城际列车明线及横风气动阻力,并分析头部外形、风挡结构、车底设备对动车组气动阻力的影响规律。研究结果表明:侧偏角在0°～10°范围内,随着侧滑角增加,头车阻力系数逐渐增大,中间车阻力系数先增大后减小;尾车阻力系数对于侧滑角最敏感,头车次之,中间车最小。无横风时,设置外风挡显著减小了头车及尾车阻力系数,但导致中间车阻力系数增加约16.7%,整车阻力系数仅减小4%左右。安装设备舱后,车体底部杂乱的气流变得平顺,无横风时整车气动阻力系数较减小22%,而横风环境下整车气动阻力系数降幅可达25%。

基于三维、不可压和定常N-S方程的数值模拟计算方法,从空调机组的安装位置和高度等2个方向着手,分析不同方案下列车运行时的气动特性。研究结果表明:当头车空调位置远离车头、尾车空调位置靠近车尾时列车总阻力最大,较之其他方案大2.66%左右;空调阻力随着车体高度增加而逐渐减小,当车体增加高度达到350 mm时,3节车总阻力下降7.55%,但与此同时,列车在横风环境下运行稳定性变差。

采用数值模拟方法,在明线及横风环境运行条件下,对城际列车安装裙板或设备舱后车底设备的气动性能进行分析。研究结果表明:明线条件下,安装裙板后整车阻力下降7.48%,而采用设备舱结构整车阻力下降10.51%;横风条件下,安装裙板后减少了车底设备的气动阻力,但各节车侧向力增加2%～8%;采用设备舱结构各车阻力下降39.22%,23.52%,30.02%和43.70%,头车侧向力急剧变化,增加了61.76%,列车行驶安全性下降。本文为城际列车的外形优化提供参考依据。

采用三维、可压缩、非定常N-S方程的数值计算方法,研究A型地铁列车在隧道内加减速时车体表面压力变化和车内压力变化,分析隧道净空面积与密封指数的关系,并采用动模型实验验证数值计算准确性。研究结果表明:列车在隧道内运行时,随着阻塞比的减小,测点压力幅值随之减小,主要体现在对正峰值的影响,压力变化规律基本一致;阻塞比越小,列车表面压力幅值随列车长度方向的变化趋势越平缓;列车以匀速、减速和加速3种方式运行,隧道断面为22 m2时,根据美国标准列车气密性需分别大于6,3和6 s,根据国内标准需分别大于10,6和10 s;隧道净空面积小于35 m2时,根据美国标准列车气密性需分别大于2,0.7和1.5 s,根据国内标准需分别大于3,0.4和1.5 s。

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,探索时速600 km/h高速磁浮列车流线型头部拱形结构参数对列车与隧道耦合气动特性的影响。分析单拱、双拱和三拱3种不同拱形结构列车穿越隧道时车体表面压力、初始压缩波、微气压波和气动升力。研究结果表明头车拱形结构能有效改善高速磁悬浮列车的空气动力学参数,拱形结构参数对车体表面及隧道壁面最大压力峰值的影响较小,但对隧道内初始压缩波的影响较为明显,相比单拱磁悬浮列车,双拱磁悬浮列车和三拱磁悬浮列车通过隧道时,隧道内初始压缩波压力梯度分别减少5.67%和8.75%;磁悬浮列车拱形结构的增加对隧道出口的微气压波幅值也有缓解作用,相较单拱磁悬浮列车距隧道出口20 m处的微气压波峰值,双拱和三拱磁悬浮列车微气压波峰值分别减少10.9%和14.0%,相较单拱磁悬浮列车...

合理有效的气动减阻技术是我国研发运营速度400+km/h高速列车的过程需展开深入研究的重点内容。首先阐述了高速列车气动阻力的基本分布特征,并针对国外下一代更高速列车的气动减阻技术进行了调研,尤其分析了欧洲、日本和韩国的下一代更高速列车气动减阻技术的特征,总结了国外下一代高速列车气动减阻的关键技术与方法。然后根据列车气动减阻技术实施部位的差异,从列车头型优化以及转向架、受电弓和风挡等局部结构优化两个方面对我国目前高速列车气动减阻技术研究现状进行了分析和梳理,同时归纳了新型气动减阻技术的研究现状。最后在综合国外下一代更高速列车气动减阻技术与我国气动减阻技术研究的基础上,对我国更高速(400+km/h)列车气动减阻技术中可行性较高且效果明显的发展方向进行了展望与建议,为我国更高速列车气动减阻技术的...

未来磁浮交通要实现全国范围内大跨度、长距离运输,必须要适应和满足不同环境要素带来的动态影响。我国幅员辽阔,气候环境复杂多变,为了探明环境温度变化对高速磁悬浮列车气动特性影响,采用基于SST k-ω湍流模型的数值计算方法,研究环境温度在−50~50℃区间的列车明线单车运行气动特性。研究结果表明随着环境温度的升高,列车气动压差阻力和黏性阻力均减小;由于温度升高带来的密度减小、黏性增大效应对压差阻力的影响程度大于对黏性阻力的影响;列车气动升力亦随着环境温度的升高而减小,头、尾车气动升力对环境温度改变更为敏感。从高寒−50℃增加到高温50℃,列车气动阻力和升力变化幅度达到27%和28%。列车运行速度的提高使得环境温度对列车气动阻力和升力的影响程度越大,运行速度从250 km/h增加到350 km/h时,−50℃下的列车气动阻力和升力...

机车运行过程中,排障器能有效地清除轨道上的障碍物,同时由于受到气动阻力作用,排障器对机车的气动性能有一定影响。采用求解三维、不可压、定常N-S方程的数值计算方法分别对安装不同外形排障器的机车运行时气动性能进行模拟,并针对模拟结果提出外形结构优化方案。结果表明:在机车运行时,不同外形排障器迎风面受到的气动阻力均较大,占机车气动总阻力的26.09%~31.82%;通过对排障器的迎风端面进行开孔处理,可以有效地减少排障器受到的气动阻力,阻力系数减少2%~10%;在同等的开孔面积下,开孔方向对减阻效果有一定影响,横向开孔方案比竖向开孔方案减阻效果更佳。