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流线型长度对重联高速列车气动特性影响研究
| 论文题名： | 流线型长度对重联高速列车气动特性影响研究 |
| 关键词： | 重联高速列车;列车空气动力学;数值模拟;交会压力波 |
| 摘要： | 重联高速列车能够使单车次运能得到极大提升，在高速铁路运输系统中扮演着不可或缺的角色，但目前以重联列车为研究对象的列车空气动力学相关研究却未广泛展开。本文以CR400AF高速列车为参照，建立了3种不同头部流线型长度（6m、9m、12m）的重联列车模型，其中重联列车计算模型由两列3辆编组的列车连挂组成，非重联列车计算模型为6辆编组。使用计算流体力学方法对重联列车在不同环境下运行时的气动特性进行了模拟计算，并将计算结果与非重联列车在相同环境下运行时的气动特性进行对比分析，探讨了流线型长度变化对重联高速列车气动特性的影响。 基于三维、定常、不可压缩纳维斯托克斯方程和雷诺时均方法对列车明线匀速运行时的流场进行模拟计算。结果表明：随着流线型长度增加，两种列车的气动阻力均显著降低，但重联列车气动阻力的降低幅度更大。流线型长度从6m增加到12m，重联列车气动阻力平均降幅为16.9%，非重联列车气动阻力平均降幅为12.8%。重联区域与车钩相连的前后两节车辆的气动特性有显著差别。流线型长度增加，车钩前方车辆的阻力值逐渐增大，升力值逐渐降低；车钩后方车辆的阻力值逐渐降低，升力的绝对值逐渐增加。 使用滑移网格方法，对不同流线型长度的重联高速列车以及非重联高速列车明线等速交会过程进行模拟。结果表明：重联列车明线交会和非重联列车明线交会产生的压力波既有相似处又有不同点。二者的共同点是，当两种列车的流线型长度相同时，头波和尾波的数值大小基本一致，且压力波幅值均随着流线型长度的增加逐渐降低。流线型长度从6m增加到12m，重联列车头波幅值、中间波幅值以及尾波幅值的最大降低幅度分别为29.4%，16.8%，32.2%。两者的不同点是前者由头波，中间波和尾波三部分组成，后者仅由头波和尾波组成。 将雷诺时均方法和分离涡模拟方法相结合，对重联列车在横风环境下运行时的流场进行模拟计算。结果表明：流线型长度变化主要影响头车和尾车的气动特性，中间车各项气动力变化不大。从数值上看，流线型长度变化对尾车侧向力大小影响最大，流线型长度从6m增加到12m，尾车侧向力绝对值最大增加幅度为156.9%。头车的侧向力和升力虽然随着流线型长度的增加而逐渐降低，但降低幅度十分有限，侧向力最大降低幅度为3.8%，升力最大降低幅度为9.3%。 |
| 作者： | 谢子豪 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 武振锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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