建立計(jì)算流體力學(xué)三維數(shù)值仿真模型,采用三維可壓縮非定常湍流模型,利用重疊網(wǎng)格方法對(duì)高速列車(chē)隧道內(nèi)等速交會(huì)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬,分析會(huì)車(chē)過(guò)程中列車(chē)所受空氣阻力的形成機(jī)理及分布特性。計(jì)算結(jié)果表明:隧道交會(huì)過(guò)程中,壓差阻力對(duì)列車(chē)空氣阻力的變化起主導(dǎo)作用,隧道交會(huì)對(duì)阻力峰值及峰峰值的影響比隧道單車(chē)大得多;列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)最大空氣阻力是明線(xiàn)時(shí)的2.65倍,對(duì)應(yīng)時(shí)刻的壓差阻力和摩擦阻力分別為明線(xiàn)時(shí)的3.35倍、1.36倍;在交會(huì)完成前,頭車(chē)表現(xiàn)為產(chǎn)生與速度方向相同的"推力",并呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì);尾車(chē)阻力最大,也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。 

【文章來(lái)源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

模型(trainheadmodel)(d)轉(zhuǎn)向架模型(bogiemodel)圖1列車(chē)模型Fig.1Trainmodel(b)列車(chē)頭部

1100應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào)第37卷2數(shù)值模擬計(jì)算2.1數(shù)學(xué)模型1)兩列車(chē)隧道外啟動(dòng)，以350km/h勻速進(jìn)入隧道，在隧道中間等速交會(huì)。交會(huì)過(guò)程中，高速列車(chē)在隧道內(nèi)引起的空氣流動(dòng)十分復(fù)雜，流場(chǎng)雷諾數(shù)Re大于1×106，流動(dòng)處于湍流狀態(tài)。2)采用k-ωSST兩方程模型解決隧道內(nèi)列車(chē)交會(huì)時(shí)的湍流問(wèn)題。本文通過(guò)求解三維瞬態(tài)可壓縮的雷諾時(shí)均N-S方程和k-ωSST兩方程[13]湍流模型，來(lái)求解列車(chē)交會(huì)時(shí)的氣動(dòng)力變化。3)計(jì)算中列車(chē)為真實(shí)列車(chē)模型，隧道內(nèi)保留軌道，認(rèn)為隧道內(nèi)線(xiàn)路為直線(xiàn)，不考慮隧道的坡度、豎井等結(jié)構(gòu)。(a)列車(chē)模型(trainmodel)(b)列車(chē)頭部模型(trainheadmodel)(c)受電弓模型(pantographmodel)(d)轉(zhuǎn)向架模型(bogiemodel)圖1列車(chē)模型Fig.1Trainmodel2.2計(jì)算模型2.2.1列車(chē)模型以國(guó)內(nèi)某最新型8編動(dòng)車(chē)組為研究對(duì)象，為真實(shí)反映列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)的空氣流場(chǎng)變化，保留了列車(chē)受電弓、轉(zhuǎn)向架、風(fēng)擋結(jié)構(gòu)，采用8編組，1∶1模型。圖1示出了列車(chē)外形及零部件幾何尺寸。特征尺寸H=4.05m為軌面到車(chē)頂平面的高度差，車(chē)體長(zhǎng)度為L(zhǎng)=51.6H。2.2.2計(jì)算區(qū)域及邊界條件兩列車(chē)在隧道外以350km/h的速度勻速駛?cè)胨淼澜粫?huì)，隧道模型采用凈空面積100m2、線(xiàn)間距5.0m的復(fù)線(xiàn)隧道，隧道長(zhǎng)度為800m。圖2給出了動(dòng)車(chē)組單車(chē)通過(guò)隧道的計(jì)算區(qū)域。以特征尺寸H為基準(zhǔn)，隧道長(zhǎng)度約為198H，計(jì)算區(qū)域長(zhǎng)度為136H，高度為48H，寬度為96H，車(chē)頭到隧道端口的距離為59H。圖2計(jì)算區(qū)域Fig.2Calculationarea圖3表示該計(jì)算模型的邊界條

1列車(chē)模型Fig.1Trainmodel2.2計(jì)算模型2.2.1列車(chē)模型以國(guó)內(nèi)某最新型8編動(dòng)車(chē)組為研究對(duì)象，為真實(shí)反映列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)的空氣流場(chǎng)變化，保留了列車(chē)受電弓、轉(zhuǎn)向架、風(fēng)擋結(jié)構(gòu)，采用8編組，1∶1模型。圖1示出了列車(chē)外形及零部件幾何尺寸。特征尺寸H=4.05m為軌面到車(chē)頂平面的高度差，車(chē)體長(zhǎng)度為L(zhǎng)=51.6H。2.2.2計(jì)算區(qū)域及邊界條件兩列車(chē)在隧道外以350km/h的速度勻速駛?cè)胨淼澜粫?huì)，隧道模型采用凈空面積100m2、線(xiàn)間距5.0m的復(fù)線(xiàn)隧道，隧道長(zhǎng)度為800m。圖2給出了動(dòng)車(chē)組單車(chē)通過(guò)隧道的計(jì)算區(qū)域。以特征尺寸H為基準(zhǔn)，隧道長(zhǎng)度約為198H，計(jì)算區(qū)域長(zhǎng)度為136H，高度為48H，寬度為96H，車(chē)頭到隧道端口的距離為59H。圖2計(jì)算區(qū)域Fig.2Calculationarea圖3表示該計(jì)算模型的邊界條件。隧道兩端的計(jì)算區(qū)域開(kāi)闊空間設(shè)置為自由流邊界，列車(chē)、路基、隧道及兩側(cè)表面為無(wú)滑移固體壁面。圖3邊界條件Fig.3Boundaryconditions隧道兩端的計(jì)算區(qū)域開(kāi)闊空間湍流量設(shè)置為零，即該處空氣流動(dòng)不受列車(chē)運(yùn)行時(shí)的擾動(dòng)影響。為了保證數(shù)字模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性，流場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)壓力采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.325kPa，溫度為283K。2.3網(wǎng)格劃分車(chē)體各部件周?chē)鲌?chǎng)變化劇烈，車(chē)體處網(wǎng)格加密400mm，轉(zhuǎn)向架、鋼軌設(shè)置200mm加密，受電弓設(shè)置100mm加密，對(duì)列車(chē)頭尾部設(shè)置400mm、200mm、100mm三層過(guò)度加密區(qū)域。車(chē)體外表面設(shè)置8層邊界層拉伸以精確計(jì)算摩擦阻力，壁面邊界層參數(shù)y+取50，近壁面第一層網(wǎng)格取0.582mm。鋼軌和輪對(duì)接觸區(qū)域采用zero-gap技術(shù)。模型網(wǎng)格總規(guī)模約4600萬(wàn)，為棱柱層

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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