風(fēng)屏障開(kāi)孔率對(duì)高速列車(chē)氣動(dòng)力的影響

荊 野

（吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132200）

1 列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)概論

高速列車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)的研究，決定了高速列車(chē)的外形尺寸。在計(jì)算時(shí)，因?yàn)楦咚倭熊?chē)要過(guò)風(fēng)屏障、隧道、高架橋等會(huì)產(chǎn)生較大的瞬態(tài)壓力，這時(shí)高速列車(chē)周?chē)牧鲌?chǎng)變化就會(huì)特別復(fù)雜。遇到非定常，則需要考慮空氣的壓縮性，沿著列車(chē)長(zhǎng)度方向需要考慮附面層的影響。而在一個(gè)流場(chǎng)區(qū)域內(nèi)包括的列車(chē)在風(fēng)屏障內(nèi)運(yùn)行，需要模擬三維可壓縮非定常的數(shù)值計(jì)算方法[2]。

2 建立CRH5動(dòng)力學(xué)模型

步驟如下：

首先建立點(diǎn)，分別建立點(diǎn) （-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）。然后將所有的點(diǎn)用Create Straight Edge連成線，連成線之后將所建立的線根據(jù)需要用Create Face from Wireframe建成面。最后建立體，將剛生成的高架橋橫截面拉伸成體。得到高速列車(chē)模型的長(zhǎng)度分別為25.7m、25m和25.7m，車(chē)輛總長(zhǎng)為76.4m，簡(jiǎn)化對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的原件，列車(chē)模型圖1所示，在高架橋上的高速列車(chē)如圖2所示。

圖1 列車(chē)模型

圖2 高速列車(chē)在高架橋上模型

3 計(jì)算結(jié)果分析

利用流體動(dòng)力學(xué)軟件計(jì)算結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 升力隨風(fēng)屏障開(kāi)孔率變化

圖4 橫向力力隨風(fēng)屏障開(kāi)孔率變化

由圖3可得，無(wú)風(fēng)屏障時(shí)列車(chē)的升力最大，最大值為400kN，并且隨著開(kāi)孔率的增加，升力線性變大。風(fēng)屏障沒(méi)有開(kāi)孔時(shí)升力最小為60kN，開(kāi)孔率30%，升力為180kN，橫向力明顯變大，開(kāi)孔率60%時(shí)，升力最大為330kN，開(kāi)孔率增大一倍，升力卻增加83%。

由圖4可得，無(wú)風(fēng)屏障時(shí)列車(chē)的橫向力最大，最大值為1600mN，列車(chē)的橫向力隨著開(kāi)孔率的增加而增大。風(fēng)屏障沒(méi)有開(kāi)孔時(shí)橫向力最小為70mN，開(kāi)孔率30%，橫向力為600mN，橫向力明顯變大，開(kāi)孔率60%時(shí)，橫向力最大為1000mN，開(kāi)孔率增大一倍，升力卻增加67%。