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高速地铁列车空气阻力数值模拟研究

陈杨 周朝晖 张学飞

陈杨, 周朝晖, 张学飞. 高速地铁列车空气阻力数值模拟研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(12): 1961-1965. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200296
引用本文: 陈杨, 周朝晖, 张学飞. 高速地铁列车空气阻力数值模拟研究[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(12): 1961-1965. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200296
CHEN Yang, ZHOU Chaohui, ZHANG Xuefei. Numerical Simulation Study on Aerodynamic Drag of High-speed Subway Train in Interval Tunnel[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(12): 1961-1965. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200296
Citation: CHEN Yang, ZHOU Chaohui, ZHANG Xuefei. Numerical Simulation Study on Aerodynamic Drag of High-speed Subway Train in Interval Tunnel[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(12): 1961-1965. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200296

高速地铁列车空气阻力数值模拟研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200296
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11762010

详细信息
    作者简介:

    陈杨(1994-), 硕士研究生, 研究方向为车辆空气动力学, 809597195@qq.com

    通讯作者:

    周朝晖, 副教授, 博士, 77465025@qq.com

  • 中图分类号: U270.11

Numerical Simulation Study on Aerodynamic Drag of High-speed Subway Train in Interval Tunnel

  • 摘要: 针对高速地铁列车空气阻力直接影响列车运行速度、能耗及安全,采用三维数值模拟方法对6编组全尺寸列车运行在设置有通风竖井的区间隧道的列车空气阻力进行研究,对隧道内空气阻力随时间变化、列车各节车厢阻力的分布特性、每节车厢转向架在整车阻力所占的比重情况进行分析。研究结果表明:列车逐渐向竖井靠近的时间段内,阻力系数一直在下降,最小值为1.57;在经过竖井的时间段,阻力系数大大增加,最大值为4.85,是最小值的3.08倍。列车匀速行驶时,尾车空气阻力在整车中占比最大,头车略小,分别为39.6%和24.7%;过竖井正下方时,头车空气阻力占比是整车的一半之多,达到了53.9%。过竖井前,前5节车厢转向架阻力在35%~45%内波动,尾车的仅占12.7%;过竖井时,4车厢转向架阻力占比最大,最大值为52.7%,头车的降到了17.0%;过竖井后,中间4车厢转向架区域占比最大,头车尾车的占比略小。
  • 图  1  地铁列车外形

    图  2  计算区域示意图

    图  3  网格展示图

    图  4  列车在隧道中运行的阻力系数变化

    图  5  不同时刻6节车厢空气阻力系数百分比

    表  1  车体不同部位在不同时刻时所受空气阻力

    车体部位 F/N 车体部位 F/N
    第42 s 第45 s 第48 s 第42 s 第45 s 第48 s
    整车 12 662.8 20 791.8 31 315.4 4车车身 597.6 338.8 1 600.7
    1车车身 1 549.3 9 354.2 10 263.8 转向架7 163.0 143.4 466.2
    转向架1 531.9 1 127.2 1 035.3 转向架8 154.6 234.5 773.1
    转向架2 341.5 784.5 770.7 5车车身 750.1 594.1 2197.6
    2车车身 558.6 1 586.4 1 467.6 转向架9 235.2 205.5 877.4
    转向架3 208.7 501.7 502.2 转向架10 401.7 269.2 1 024.0
    转向架4 179.7 413.4 403.9 6车车身 5348.5 1629.2 6 214.1
    3车车身 530.7 2037.2 1 176.3 转向架11 377.1 391.0 947.3
    转向架5 147.9 332.2 357.3 转向架12 399.6 471.3 764.5
    转向架6 186.9 378.0 473.3
    下载: 导出CSV

    表  2  每节车厢对应转向架的空气阻力占比 %

    位置 第42 s 第45 s 第48 s
    A B A+B A B A+B A B A+B
    1车 22.0 14.1 36.1 10.0 7.0 17.0 8.6 6.4 15.0
    2车 22.0 19.0 41.0 20.1 16.5 36.6 21.2 17.0 38.2
    3车 17.1 21.6 38.7 12.1 13.8 25.9 17.8 23.6 41.4
    4车 17.8 16.9 34.7 20.0 32.7 52.7 16.4 27.2 43.6
    5车 17.0 29.0 46.0 19.2 25.2 44.4 21.4 25.0 46.4
    6车 6.2 6.5 12.7 15.7 18.9 34.6 12.0 9.6 21.6
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2020-06-15
  • 刊出日期:  2021-12-05

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