高速列车非光滑车身气动减阻特性研究

摘要

随着列车时速不断提高,列车与空气问的相互作用逐渐剧烈,列车的空气动力学成为不可忽视的问题。列车时速在300km/h时,空气阻力占总阻力的85％左右。因此,列车的空气阻力是列车总阻力的主要组成部分,列车空气阻力与其外形密切相关,且随着运行速度的提高空气阻力所占总阻力的比例也越来越高,所以研究和改善高速列车气动特性、减小高速列车气动阻力、提高能源利用率等受到科学界和工业界的高度重视。
　　 论文以日趋成熟的高铁技术为背景,以CHR2高速列车为研究对象,在综述非光滑表面减阻研究进展及数值模拟在列车设计中的应用后,将非光滑表面运用于列车表面在具有良好的气动外形基础上求得更好的减阻效果。
　　 本文在模拟过程中利用UG建好的36种具有非光滑表面的列车模型通过Hypermesh和ICEMCFD划分出非结构网格,应用Fluent采用k-ε模型对数学模型在稳态运行时的列车外流场流动特性进行数值模拟。将空气阻力系数作为减阻的评定标准,分析了非光滑单元体的形状、间距、直径和深度对减阻性能的影响,为合理设计列车表面的非光滑结构打下基础。
　　 最后,本文通过分析摩擦阻力和压差阻力构成及影响因素从不同方面描述了不同非光滑结构对列车外流场的影响。通过分析不同模型的湍动能,及列车表面的压力分布来解释摩擦阻力和压差阻力的成因。通过分析非光滑表面对边界层的影响进一步阐述了非光滑列车表面的减阻机理。