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风屏障对高速列车表面压力的影响研究

2019-12-27柳重阳

时代农机 2019年8期
关键词:背风头车鼻尖

柳重阳

(吉林铁道职业技术学院,吉林 吉林 132200)

1 计算流体动力学基本理论

计算流体动力学英文缩写为CFD,在研究计算流体力学问题上,要先研究流体动力学基本理论,再解决实际流体流动问题,在实际应用中非常广泛,比如飞机飞行,高速列车运行等,并且经过无数学者的完善,现在的流体力学软件模拟精度和应用广泛度都显著提高。计算流体力学这门学科涵盖的知识点特别广泛,包括微积分方程,计算几何、理论力学等[1]。

2GAMBIT建力计算模型

(1)首先确定高速列车模型的点,点连成线,线建立面,面拉成体,建立高速列车在高架桥上力学模型和了解流体物理量。

(2)划分流体力学网格,方便计算。

(3)确立应用湍流模型和定义边界条件。

(4)利用流体FLUENT软件求解分析结果。

3 计算结果分析

利用FLUENT-3d求解器计算,确定收敛精度,分析计算结果。高速列车车速为300km/h,横风风速为20m/s。和整车相比,头车运行环境最复杂,安全性最低,所以本文只分析头车表面压力。在横风环境下,有风屏障和无风屏障时,高速列车周围流场情况不同,表面压力也不同,影响列车气动性。分别在由风屏障和无风屏障的工况下,分析高速列车头车迎风侧和背风侧表面压力分布。计算结果如下。

图1 无风屏障头车迎风侧

图2 无风屏障头车背风侧

图3 有风屏障头车迎风侧

图4 有风屏障头车背风侧

由图1、2可得,当高速列车在没有风屏障的线路上行驶,头车迎风侧和鼻尖车表面压力较大,最大值为8840Pa,列车车顶压力较小,背风侧鼻尖和车身连接处出现负压,负压最大值为-18500Pa,沿着车身方向压力逐渐变为正值,变大。

由图3、4可得,线路施加风屏障之后,头车鼻尖处司机室周围压力最大,最大值为8250Pa,列车背风侧鼻尖和车身连接位置出现负压,负压最大值为-21500Pa,负压最大值反而变大。所以风屏障可以减少列车表面压力,提高列车运行安全性。

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