强降雨环境下高速列车空气动力学性能

作者：于梦阁; 李田; 张骞; 刘加利

来源：交通运输工程学报, 2019, 19(05): 96-105.

DOI：10.19818/j.cnki.1671-1637.2019.05.010

• 车辆工程
• 高速列车
• 降雨强度
• 气动性能
• 连续相
• 离散相

为研究强降雨对高速列车空气动力学性能的影响,利用Euler-Lagrange方法建立了强降雨环境下高速列车空气动力学计算模型;空气建模为连续相,采用Euler方法描述,雨滴建模为离散相,采用Lagrange方法描述,并采用相间耦合方法对降雨环境进行模拟;分别开展列车气动性能计算及雨滴降落仿真,并与试验数据进行对比,验证计算方法的准确性;数值仿真了强降雨环境下高速列车的流场结构和气动特性。计算结果表明:随着降雨强度的增加,在雨滴的冲击作用下,流线型头型前端区域的正压逐渐增大,流线型头型后端区域的负压逐渐减小,从而导致头车气动阻力增大;降雨强度对高速列车头车气动阻力系数的影响较为显著,而对气动升力系数的影响较小;与无降雨环境相比,当降雨强度为100～500 mm·h-1时,200 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.004 0～0.020 4,气动阻力增加85～432 N,增大率为2.64%～13.46%;300 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.002 7～0.013 7,气动阻力增加129～652 N,增大率为1.78%～9.05%;400 km·h-1车速下的气动阻力系数增加0.002 3～0.009 8,气动阻力增加195～829 N,增大率为1.52%～6.49%,因此,不同车速下,气动阻力系数随着降雨强度的增加而增大,且与降雨强度近似呈线性关系;当车速为300 km·h-1,降雨强度为100 mm·h-1,雨滴粒径由2 mm增加为4 mm时,气动阻力系数由0.152 0增大到0.154 9,气动阻力增加138 N,增大率为1.91%,因此,高速列车气动阻力系数随着雨滴粒径的增加而增大,且与雨滴粒径近似呈线性关系。

• 单位
  牵引动力国家重点实验室; 西南交通大学; 机电工程学院; 青岛大学