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强风中高速列车空气动力学性能

李雪冰 杨征 张继业 张卫华

李雪冰, 杨征, 张继业, 张卫华. 强风中高速列车空气动力学性能[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(2): 66-73. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.012
引用本文: 李雪冰, 杨征, 张继业, 张卫华. 强风中高速列车空气动力学性能[J]. 交通运输工程学报, 2009, 9(2): 66-73. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.012
LI Xue-bing, YANG Zheng, ZHANG Ji-ye, ZHANG Wei-hua. Aerodynamics properties of high-speed train in strong wind[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(2): 66-73. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.012
Citation: LI Xue-bing, YANG Zheng, ZHANG Ji-ye, ZHANG Wei-hua. Aerodynamics properties of high-speed train in strong wind[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2009, 9(2): 66-73. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.012

强风中高速列车空气动力学性能

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2009.02.012
基金项目: 

国家973计划项目 2007CB714701

国家自然科学基金项目 50525518

国家自然科学基金项目 50521503

详细信息
    作者简介:

    李雪冰(1983-),男,山东潍坊人,西南交通大学工学博士研究生,从事车辆空气动力学研究

    张继业(1965-),男,四川夹江人,西南交通大学教授,工学博士

  • 中图分类号: U270.11

Aerodynamics properties of high-speed train in strong wind

More Information
  • 摘要: 基于三维定常不可压缩Navier-Stokes方程、k-ε两方程湍流模型, 采用有限体积法对速度为200 km·h-1的CRH-2动车组在强风环境下运行的空气动力学行为进行了数值模拟, 分析了偏航角对列车整车及其各部分的流场结构和气动力的影响, 研究了气动力的组成。研究发现: 列车的流场结构非常复杂, 侧风情况下列车的背风面区域和尾部区域都会产生漩涡, 漩涡的产生与从列车表面的脱离的位置随偏航角的变化而变化; 整车、头车、中间车和尾车的气动力大小以及组成均不相同; 压力场与侧力、升力沿列车纵向的变化情况基本相同, 且都比较复杂。分析结果表明: 压力主要对侧力和升力影响较大, 由于采用了流线型设计, 阻力主要来自空气的粘性力, 即摩擦力; 侧风情况下头车的侧力和倾覆力矩要明显大于其他部分, 此时头车的安全性降低。

     

  • 图  1  计算模型

    Figure  1.  Computation model

    图  2  风向示意

    Figure  2.  Sketch map of winds

    图  3  计算区域

    Figure  3.  Computation zone

    图  4  计算网格

    Figure  4.  Computation meshes

    图  5  列车三维流场

    Figure  5.  3D flow field of train

    图  6  背风面横截面二维流线

    Figure  6.  2D streamlines for different cross sections of leeward

    图  7  尾部横截面二维流线

    Figure  7.  2D streamlines for different cross sections of tail

    图  8  列车表面压力分布

    Figure  8.  Pressure distributions of train surface

    图  9  不同横截面的静压分布

    Figure  9.  Static pressure distributions of different cross sections

    图  10  气动力

    Figure  10.  Aerodynamic forces

    图  11  阻力的组成情况

    Figure  11.  Constitutions of drag forces

    图  12  气动力比较

    Figure  12.  Comparison of aerodynamic forces

    表  1  模型尺寸

    Table  1.   Model sizes

    部位 长/m 宽/m 高/m
    头车、尾车 25.7 3.38 3.70
    中间车 25.0 3.38 3.70
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    表  2  侧力

    Table  2.   Side forces  kN

    工况 整车 头车 中间车 尾车
    总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力
    1 67.27 65.83 1.44 53.65 53.04 0.60 20.25 19.78 0.46 -6.62 -7.00 0.38
    2 64.52 63.09 1.43 53.93 53.33 0.61 19.38 18.93 0.46 -8.80 -9.16 0.36
    3 47.93 46.78 1.15 42.79 42.30 0.50 12.58 12.22 0.36 -7.44 -7.74 0.30
    4 21.13 20.48 0.65 22.82 22.53 0.29 4.61 4.41 0.20 -6.30 -6.45 0.15
    5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
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    表  3  阻力

    Table  3.   Drag forces  kN

    工况 整车 头车 中间车 尾车
    总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力
    1 2.79 -1.34 4.13 -5.09 -6.53 1.44 1.41 0.00 1.41 6.48 5.19 1.29
    2 5.20 0.06 5.15 -3.38 -5.17 1.79 1.75 0.00 1.75 6.83 5.22 1.60
    3 7.29 1.37 5.92 -0.30 -2.38 2.07 1.99 0.00 1.99 5.60 3.75 1.86
    4 8.70 2.48 6.22 2.47 0.25 2.21 2.06 0.00 20.60 4.17 2.22 1.95
    5 9.01 3.64 5.37 3.48 1.36 2.13 1.71 0.00 1.71 3.82 2.29 1.53
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    表  4  升力

    Table  4.   Lift forces  kN

    工况 整车 头车 中间车 尾车
    总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力
    1 155.53 155.29 0.24 54.94 54.85 0.09 50.50 50.43 0.07 50.09 50.01 0.08
    2 128.65 128.42 0.23 43.90 43.81 0.09 42.96 42.87 0.09 41.79 41.74 0.05
    3 64.65 64.45 0.20 17.61 17.54 0.07 29.37 29.26 0.10 17.67 17.64 0.03
    4 15.48 15.34 0.14 -3.66 -3.71 0.05 11.13 11.07 0.06 8.02 7.98 0.04
    5 -2.50 -2.54 0.05 -6.56 -6.60 0.05 -0.10 -0.11 0.01 4.16 4.17 -0.01
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    表  5  倾覆力矩

    Table  5.   Overturn moments  kN·m

    工况 整车 头车 中间车 尾车
    总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力 总力 压力 粘性力
    1 -211.83 -207.92 -3.91 -118.83 -117.34 -1.49 -67.44 -66.11 -1.33 -25.56 -24.47 -1.09
    2 -188.34 -184.56 -3.78 -111.23 -109.78 -1.45 -61.44 -60.16 -1.28 -15.68 -14.63 -1.05
    3 -118.84 -115.92 -2.92 -75.86 -74.72 -1.13 -42.42 -41.43 -1.00 -0.56 0.23 -0.79
    4 -43.84 -42.25 -1.60 -31.40 -30.77 -0.63 -16.25 -15.70 -0.60 3.81 4.22 -0.41
    5 1.82 1.86 -0.03 4.67 4.70 -0.04 0.11 0.12 -0.01 -2.96 -2.97 0.01
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出版历程
  • 收稿日期:  2008-10-10
  • 刊出日期:  2009-04-25

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