CRH3型高速动车组空气动力学阻力特性优化设计.pdfVIP

试验研究 铁道车辆 第50卷第2期2012年2月 文章编号：1002—7602(2012)02—0001—03 CRH3型高速动车组空气动力学 阻力特性优化设计 单 魏1，邓 海1，王金田1，李树民2，尹华1，刘凤华1，于庆斌1 (1．长春轨道客车股份有限公司，吉林长春130062；2．中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳621000) 摘 要：为改善CRH3型高速动车组阻力特性，对头型、风挡、空调等影响列车气动性能的部件进行了优化设计。为 分析优化效果，采用有限体积法离散雷诺平均N-S方程和低雷诺数的k-￡两方程模型，采用压力修正的求解算法和多块 对接的网格技术，通过大规模并行计算，对CRH3型动车组多种优化设计方案进行了精细化数值模拟评估。计算结果表 明，所采用的优化措施可以有效降低动车组高速运行时的气动阻力。 关键词：空气动力学；数值模拟；优化设计；高速动车组 中图分类号：U270．1+1文献标识码：B 针对CRH3型动车组在京津城际铁路运行时所获 1数值方法 取的试验数据，对CRH3型动车组进行了系列的优化设 计和气动性能研究，以改进列车的空气动力学性能。 高速列车尺度大，运行速度高，雷诺数范围在106 根据日本新干线列车和德国TR06磁浮列车的实以上，故对应的流态均为湍流。列车纵向尺度远大于 测及在实测基础上的推算，以300km／h的速度运行 横向尺度，近壁区的处理对边界层发展、压力分布、尾 的高速列车，其气动阻力占到全车总阻力的80％以 涡强度的准确模拟都非常重要，近壁区网格需要优化 上[1]，而流线型列车气动阻力近似与速度的平方成正 配置并充分加密，因此本文采用“雷诺平均N-S方程 比[2]，故气动阻力问题是列车高速运行时需要解决的 +低雷诺数的k-e两方程湍流模型”的方法进行模拟。 首要问题。列车气动阻力的大幅增加，首先会对列车 雷诺平均膊S方程的通式可写为[3。5]： 牵引系统提出更高要求，对进一步提速是非常不利的； (1) 其次，大的阻力导致高能耗，这会严重影响列车运行的 对于连续方程： 经济性，与国家倡导的高效、节能政策不符，因此，减阻 9—1，P9—0，q事一0 (2) 是新一代高速列车研究的重点。长大编组是中国高铁 对于z方向的动量方程： 的又一个重要特色，特别是采用16辆编组时，列车长 度会达到400m，国外还没有对长大编组列车的气动 性能进行过深入研究。本文通过数值模拟技术，研究 式中：甜——z方向速度； 16辆编组列车的基本气动特性。 优化设计主要针对头型、风挡、空调导流罩等影响 鼬，——有效黏性系数； 列车气动性能的主要部件。针对这些部件，本文计算 P——压力； 了9种方案的列车气动特性。采用中国空气动力研究 口——速度矢量。 与发展中心计算所研制的CFD并行计算口1软件 Y、z方向具有类似的表示。 Wind PWS3D(ParallelSolver 3D)进行计算。该软件 采用两方程模型计算湍流运动，除了求解N-S方 程的连续方程和动量方程之外，还需求解附加的2个 数值求解的控制方程为RANS(ReynoldsAveraged 反映湍流运动尺度的方程