高速列车主动控制减阻的数值模拟研究.pdf

摘要

摘要

高速列车在运载工具中有着重要的地位，高速列车速度的提升会导致空

气阻力大幅度增长，如何在提高高速列车时速的同时降低能耗，成为了各国

学者的研究热点。本文通过狭槽射流主动控制方法对CRH2高速列车进行主

动控制减阻研究。

本文采用1:8的CRH2高速列车模型，基于分离涡模拟（DetachedEddy

Simulation）对Re=1.85×106的列车的流场进行了仿真。在列车高速运行时，

气动阻力由摩擦阻力和压差阻力组成，由驾驶室顶部及两侧，斜面下方，鼻

尖的低压区是导致高速列车行驶过程中压差阻力占比较大的主要原因。因此，

本文在列车尾车车顶，车侧，鼻尖三个存在局部低压区的位置布置狭槽，以

射流速度及吹气方向为变量，进行主动控制减阻。结果表明，单一狭槽射流

的控制可以有效影响局部流场，削弱大尺度涡结构或流动分离，从而抬升表

面压力。通过单一位置狭槽射流控制，总阻力最大可减小6.03%，压差阻力

可减小10.27%。然而，最大节能比为-0.02%，即局部控制虽然能达到减阻的

目的，但效率较低，无法实现净节能。

为了实现对高速列车流场的更为全面的控制，本文设计了一种基于多组

狭槽射流的组合激励控制技术，最大减阻工况实现了9.02%的最大阻力减小

和16.41%的压差阻力减小，但此时节能比为-2.85%。为提升节能比，对狭槽

进行优化并改变狭槽射流速度，虽然牺牲了一定的减阻效果，使总减阻率从

9.02%降低为6.37%，但节能比从-2.85%提升到2.41%，实现了净节能。

关键词:高速列车；尾流；气动减阻；主动控制

-I-

Abstract

Abstract

High-speedtrainplaysavitalroleintransportation.However,the

increasingofspeedleadstoasignificantincreaseinairresistance.Therefore,

reducingenergyconsumptionwhileincreasingthespeedofhigh-speedtrains

hasbecomearesearchhotspotforscholarsinvariouscountries.Thisarticle

focusesontheactivedragreductionofCRH2high-speedtrainusingsteady

blowingandsuction.

Inthisarticle,theflowfieldofa1:8scaleCRH2high-speedtrainmodel

issimulatedusingDetachedEddySimulation,andtheReynoldsnumberis

6

equaltoRe=1.85×10.Duringhigh-speedtraincruising,theaerodynamicdrag

consistsoffrictiondragandpressuredrag.Thelow-pressureareaslocatedat

thetopandsidesofthecab,undertheslopeandatthenosecontributetothe

largeproportionofpressuredra