高速列车通过最不利隧道气动阻力数值分析

摘要

为了探明高速列车与最不利长度隧道耦合作用下列车气动阻力变化规律，以某动车组为计算模型，基于滑移网格技术和计算流体动力学(CFD)理论，采用k-ε两方程湍流模型对最不利隧道内8辆编组单车穿越和双车等速交会时的气动效应进行了三维数值模拟，并结合遂渝线上二岩隧道实测数据对计算方法的可靠性进行了验证。结果表明：(1)列车所受气动阻力变化与列车头尾部的压差变化有直接关系，压差的升高和降低会引起阻力的增大和减小。(2)在隧道内以时速300 km单车穿越和双车交会过程中，整车最大气动阻力分别发生在列车入隧道后3.1 s和2.8 s时刻，阻力系数分别达到1.37和1.49,且此时头车阻力在整车中占比最大，分别为34.67%和36.57%。(3)当列车头头交会和头尾交会时，尾车阻力占比最大，分别为56.79%和37.33%;当列车尾尾交会时，头车阻力占比最大，为44.62%,而尾车阻力此时接近为0。(4)列车行驶速度提高会引起气动阻力迅速增大，当列车时速从250 km提升至400 km时，隧道内单车穿越和双车交会整车气动阻力平均值分别增大了132%和150%。研究结果可为车隧设计提供一定的参考。

关键词

高速列车 / 最不利隧道 / 气动阻力 / 列车交会

基金资助

国家自然科学青年基金资助项目(52002265); 中国博士后科学基金资助项目(2022M712930); 山东省博士后创新项目(SDCX-ZG-202203079)