基于三维、可压缩、非定常N-S方程和k-ε双方程湍流模型,对不同主型线头部列车隧道交会气动效应进行数值模拟,得到列车在隧道内交会时的侧向力、总阻力以及隧道壁面压力变化。研究结果表明:隧道壁面和列车表面压力测点数值计算结果与动模型实验、实车试验结果较吻合,相对误差均在5%以下;单拱型列车隧道交会气动性能略优于双拱型;纵剖面型线对列车隧道交会气动力影响较大,纵剖面型线从下凹变化到上凸,头车、中间车和尾车侧向力幅值系数分别增加11.2%,14.0%和23.7%,最大总阻力系数增加7.2%;水平剖面型线从最宽外形变化到最窄外形,头车、中间车和尾车侧向力幅值系数分别增加3.4%,2.4%和4.6%,最大总阻力系数减小4.0%;改变头部主型线对隧道壁面压力变化影响较小,最大相对误差为1.7%。

利用CATIA软件建立了城际列车4种不同的头部外形方案,并基于三维、瞬态、不可压的N-S方程和k-ε湍流模型,采用滑移网格技术,对这4种头型方案的流线型头部长度和纵向对称面最大控制型线变化对列车明线交会压力波及气动力的影响进行了数值仿真.计算结果表明:在外形变量相同的情况下,增加流线型头部长度和纵向对称面最大控制型线由外凸到内凹变化,均能有效改善列车运行时的交会性能;对比分析发现,4种头型方案中,方案4的明线交会气动性能最佳,其交会压力波、侧向力、升力和倾覆力矩比性能较差的方案1分别下降了11.57%、 7.40%、 8.19%和7.56%.