《高速列車尾流特性及形成機理研究》是依託中南大學，由熊小慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高速列車尾流特性及形成機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：熊小慧
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
列車高速運行時，其表面邊界層在列車尾部產生分離，形成列車尾流，其主要特徵表現為複雜的非定常漩渦流動。列車尾流威脅軌道旁人員和站台旅客安全，影響列車運行空氣阻力，引起尾車周期性震盪，嚴重影響列車運行安全性、經濟性和旅客乘坐舒適性。本項目擬採用大型列車空氣動力性能動模擬實驗裝置，結合基於脫體渦（DES）的非定常數值計算方法，研究列車高速運行時列車尾部流場特性，得到列車尾部速度場、壓力場以及渦量場的能量分布、頻率特徵以及各階模態的演化規律；探析列車尾部非定常流動機理，獲得列車尾部形狀、列車編組長度及運行速度對尾車所受非定常氣動載荷的影響規律；為發展高速列車氣動設計理論和方法提供科學支撐。
結題摘要
高速列車尾流威脅軌道旁人員和站台旅客安全，影響列車運行空氣阻力，引起尾車周期性震盪，嚴重影響列車運行安全性、經濟性和旅客乘坐舒適性。項目採用脫體渦模擬（DES）方法結合動模型試驗和風洞試驗對高速列車尾部流場結構、附面層分布及演變規律、尾部非定常氣動載荷規律進行了研究，得到以下重要結論： （1）建立了基於DES方法的高速列車非定常分離流動計算方法：對比分析數值計算和實車試驗結果，兩者吻合較好。說明採用DES方法能有效撲捉列車高速列車周圍非定常流動特性。 （2）得到了高速列車周圍附面層分布規律和尾渦產生原因：高速列車頭部區域附面層為圓球狀，隨著向車體截面過渡，列車側面附面層逐漸變厚，到達列車尾端時，出現顯著變化，類似圓球狀，接著過渡為逐漸擴張的圓管狀。列車周圍漩渦主要產生列車頭部和尾部的流線結構、底部複雜結構、車輛連線部位以及尾渦區域，在車身截面不變位置產生較少，說明漩渦主要源於複雜突變的表面結構。 （3）得到了高速列車尾部非定常流動特性：由於尾車頂部氣流與尾部漩渦匯合，使尾部漩渦在靠近列車鼻尖部位時強度增強，具有高湍流性，最大湍流度達到0.5，之後形成明顯拖曳渦繼續向後移動，渦心逐漸靠近地面並不斷向兩側外移，渦強度隨之減弱；高速列車尾跡區不同位置的壓力和速度均呈對稱分布，隨離開尾部距離增加而減弱。尾跡區不同位置監測點壓力和速度頻域特性不明顯，其頻譜主要集中在0~50Hz範圍內。 （4）得到了列車尾部形狀、運行速度和編組長度等參數對列車尾部非定常氣動載荷特性影響規律：高速列車所受氣動載荷係數的頻譜存在明顯峰值，頻域特性明顯，其頻譜主要集中在0~20Hz範圍內，最大主頻集中在0~9Hz範圍內。列車尾部形狀、運行速度和編組長度對尾車所受阻力係數和升力係數最大主頻影響不大，對側向力係數最大主頻有一定影響。 （5）風洞試驗氣動阻力係數的頻譜主要出現在0~20Hz範圍內，主要峰值集中在0~15Hz區間；對比分析風洞試驗與數值計算結果，風洞試驗所得尾車氣動阻力係數主頻最大值為5.9Hz，大於數值計算結果3Hz，但均在低頻0~6Hz範圍內，產生差異的原因主要是由於車尾外形不同。
