高速磁浮列车流线型头部拱形结构对列车与隧道耦合气动特性的影响

摘要

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,探索时速600 km/h高速磁浮列车流线型头部拱形结构参数对列车与隧道耦合气动特性的影响。分析单拱、双拱和三拱3种不同拱形结构列车穿越隧道时车体表面压力、初始压缩波、微气压波和气动升力。研究结果表明:头车拱形结构能有效改善高速磁悬浮列车的空气动力学参数,拱形结构参数对车体表面及隧道壁面最大压力峰值的影响较小,但对隧道内初始压缩波的影响较为明显,相比单拱磁悬浮列车,双拱磁悬浮列车和三拱磁悬浮列车通过隧道时,隧道内初始压缩波压力梯度分别减少5.67%和8.75%;磁悬浮列车拱形结构的增加对隧道出口的微气压波幅值也有缓解作用,相较单拱磁悬浮列车距隧道出口20 m处的微气压波峰值,双拱和三拱磁悬浮列车微气压波峰值分别减少10.9%和14.0%,相较单拱磁悬浮列车距隧道出口50 m处的微气压波峰值,双拱和三拱磁悬浮列车微气压波峰值分别减少12.5%和16.7%;拱形结构数量的增加使得头车和尾车的气动升力分配更加均衡,相较单拱磁悬浮列车,双拱磁悬浮列车头车和尾车的气动升力分别减少3.80%和增加6.19%,三拱磁悬浮列车头车和尾车的气动升力分别减少8.86%和增加17.01%。