风屏障开孔率对高速列车气动力的影响

荆 野

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132200）

1 列车空气动力学概论

高速列车的发展离不开列车空气动力学的研究，决定了高速列车的外形尺寸。在计算时，因为高速列车要过风屏障、隧道、高架桥等会产生较大的瞬态压力，这时高速列车周围的流场变化就会特别复杂。遇到非定常，则需要考虑空气的压缩性，沿着列车长度方向需要考虑附面层的影响。而在一个流场区域内包括的列车在风屏障内运行，需要模拟三维可压缩非定常的数值计算方法[2]。

2 建立CRH5动力学模型

步骤如下：

首先建立点，分别建立点 （-48.2，-4.2，0）、（48.2，-4.2，0）、（-47.7，-4.7，0）、（47.7，-4.7，0）、（-47.7，-2.4，0）、（47.7，-2.4，0）、（-46.5，-1.6，0）、（46.5，-1.6，0）、（-44.8，-0.7，0）、（44.8，-0.7，0）、（-42，0，0）、（42，0，0）、（-41.6，0，0）、（41.6，0，0）。然后将所有的点用Create Straight Edge连成线，连成线之后将所建立的线根据需要用Create Face from Wireframe建成面。最后建立体，将刚生成的高架桥横截面拉伸成体。得到高速列车模型的长度分别为25.7m、25m和25.7m，车辆总长为76.4m，简化对计算结果影响不大的原件，列车模型图1所示，在高架桥上的高速列车如图2所示。

图1 列车模型

图2 高速列车在高架桥上模型

3 计算结果分析

利用流体动力学软件计算结果如图3、图4所示。

图3 升力随风屏障开孔率变化

图4 横向力力随风屏障开孔率变化

由图3可得，无风屏障时列车的升力最大，最大值为400kN，并且随着开孔率的增加，升力线性变大。风屏障没有开孔时升力最小为60kN，开孔率30%，升力为180kN，横向力明显变大，开孔率60%时，升力最大为330kN，开孔率增大一倍，升力却增加83%。

由图4可得，无风屏障时列车的横向力最大，最大值为1600mN，列车的横向力随着开孔率的增加而增大。风屏障没有开孔时横向力最小为70mN，开孔率30%，横向力为600mN，横向力明显变大，开孔率60%时，横向力最大为1000mN，开孔率增大一倍，升力却增加67%。