风屏障对高速列车表面压力的影响研究

柳重阳

（吉林铁道职业技术学院，吉林 吉林 132200）

1 计算流体动力学基本理论

计算流体动力学英文缩写为CFD，在研究计算流体力学问题上，要先研究流体动力学基本理论，再解决实际流体流动问题，在实际应用中非常广泛，比如飞机飞行，高速列车运行等，并且经过无数学者的完善，现在的流体力学软件模拟精度和应用广泛度都显著提高。计算流体力学这门学科涵盖的知识点特别广泛，包括微积分方程，计算几何、理论力学等[1]。

2GAMBIT建力计算模型

（1）首先确定高速列车模型的点，点连成线，线建立面，面拉成体，建立高速列车在高架桥上力学模型和了解流体物理量。

（2）划分流体力学网格，方便计算。

（3）确立应用湍流模型和定义边界条件。

（4）利用流体FLUENT软件求解分析结果。

3 计算结果分析

利用FLUENT-3d求解器计算，确定收敛精度，分析计算结果。高速列车车速为300km/h，横风风速为20m/s。和整车相比，头车运行环境最复杂，安全性最低，所以本文只分析头车表面压力。在横风环境下，有风屏障和无风屏障时，高速列车周围流场情况不同，表面压力也不同，影响列车气动性。分别在由风屏障和无风屏障的工况下，分析高速列车头车迎风侧和背风侧表面压力分布。计算结果如下。

图1 无风屏障头车迎风侧

图2 无风屏障头车背风侧

图3 有风屏障头车迎风侧

图4 有风屏障头车背风侧

由图1、2可得，当高速列车在没有风屏障的线路上行驶，头车迎风侧和鼻尖车表面压力较大，最大值为8840Pa，列车车顶压力较小，背风侧鼻尖和车身连接处出现负压，负压最大值为-18500Pa，沿着车身方向压力逐渐变为正值，变大。

由图3、4可得，线路施加风屏障之后，头车鼻尖处司机室周围压力最大，最大值为8250Pa，列车背风侧鼻尖和车身连接位置出现负压，负压最大值为-21500Pa，负压最大值反而变大。所以风屏障可以减少列车表面压力，提高列车运行安全性。