風屏障對高速列車表面壓力的影響研究

柳重陽

（吉林鐵道職業技術學院，吉林 吉林 132200）

1 計算流體動力學基本理論

計算流體動力學英文縮寫為CFD，在研究計算流體力學問題上，要先研究流體動力學基本理論，再解決實際流體流動問題，在實際應用中非常廣泛，比如飛機飛行，高速列車運行等，并且經過無數學者的完善，現在的流體力學軟件模擬精度和應用廣泛度都顯著提高。計算流體力學這門學科涵蓋的知識點特別廣泛，包括微積分方程，計算幾何、理論力學等[1]。

2GAMBIT建力計算模型

（1）首先確定高速列車模型的點，點連成線，線建立面，面拉成體，建立高速列車在高架橋上力學模型和了解流體物理量。

（2）劃分流體力學網格，方便計算。

（3）確立應用湍流模型和定義邊界條件。

（4）利用流體FLUENT軟件求解分析結果。

3 計算結果分析

利用FLUENT-3d求解器計算，確定收斂精度，分析計算結果。高速列車車速為300km/h，橫風風速為20m/s。和整車相比，頭車運行環境最復雜，安全性最低，所以本文只分析頭車表面壓力。在橫風環境下，有風屏障和無風屏障時，高速列車周圍流場情況不同，表面壓力也不同，影響列車氣動性。分別在由風屏障和無風屏障的工況下，分析高速列車頭車迎風側和背風側表面壓力分布。計算結果如下。

圖1 無風屏障頭車迎風側

圖2 無風屏障頭車背風側

圖3 有風屏障頭車迎風側

圖4 有風屏障頭車背風側

由圖1、2可得，當高速列車在沒有風屏障的線路上行駛，頭車迎風側和鼻尖車表面壓力較大，最大值為8840Pa，列車車頂壓力較小，背風側鼻尖和車身連接處出現負壓，負壓最大值為-18500Pa，沿著車身方向壓力逐漸變為正值，變大。

由圖3、4可得，線路施加風屏障之后，頭車鼻尖處司機室周圍壓力最大，最大值為8250Pa，列車背風側鼻尖和車身連接位置出現負壓，負壓最大值為-21500Pa，負壓最大值反而變大。所以風屏障可以減少列車表面壓力，提高列車運行安全性。