动车组列车设备舱气动压力研究

耿兴春 李进伏

摘 要：通过数值模拟方法研究动车组列车在最恶劣工况即列车在隧道内交会工况，主要研究了交会过程中动车组列车头车设备舱的压力变化，对动车组列车设备舱的设计提供一定的理论指导，也可为动车组减阻设计提供设计依据。

关键词：动车组列车;设备舱;压力;交会

1 前言

随着我国经济的快速发展，动车组列车以其速度快、便捷高效等优势成为人们出行的重要交通工具。在动车组列车高速运行时，列车的空气动力学性能对运行安全造成很大的影响，尤其当两列车交会或者通过隧道时，列车周围的气流受到挤压，在列车表面产生很强的瞬态压力冲击，可能会使列车车下设备舱受到较大的气动载荷冲击而损坏，因此，气动压力研究已经成为动车组列车设计中的重要课题之一。

2 建模及计算方式

研究采用ICEM CFD软件进行几何模型的建立及网格的划分，为简化计算，动车组列车采用3辆编组的方式，即“头车+中间车+尾车”的编组方式进行模拟仿真分析，列车计算模型见图1。计算区域采用的隧道截面积为100m2的双线隧道，隧道线间距为4.4m，隧道截面图见图2。计算区域确定后，保证初始时刻列车尾部空间长度大于25倍车宽，最终时刻列车头部空间长度大于25倍车宽，从而保证隧道进出口对列车头尾的压力分布影响较小。

3 数值计算结果与分析

列車1和列车2以300km/h的速度在截面积为100m2的双线隧道中等速交会，隧道会车工况为“头-头”、“头-尾”、“尾-尾”交会，列车表面的压力分布云图见图3。

由图3可知，列车交会时头车车身内侧最大压力值为2677.4Pa，中间车车身内侧最大压力值为2380.6Pa，尾车车身内侧最大压力值为2291.3Pa，头车在“头-头”交会时球形波引起的压力值较大。

图4是头车设备舱交会侧的压力分布云图，由图可知在列车交会之前设备舱所受压力并不是很大，负压值约300Pa，随着列车的交会，列车所受压力逐渐增大，设备舱的最大负压达到约2200Pa，其原因是两列车处于完全交会状态，两列车车厢内侧的负压相互叠加，进而在车下设备舱形成较大的负压，之后列车逐渐错开，隧道内其他位置的空气受列车周围负压的作用下，设备舱所受负压逐渐减小。

图5是头车设备舱非交会侧的压力分布云图，在列车开始交会时其负压为200Pa左右，随着交会的进行，非交会侧的负压值也同交会侧一样逐渐增大，其原因是设备舱的两侧面上开有通风格栅，设备舱内部为流动空间，两车交会时，设备舱交会侧的压力变化通过设备舱内部空间传递到非交会侧，造成非交会侧负压值在两车交会时增大，并在两车完全并行时刻负压值达到最大。

4 结论

通过对动车组列车运行过程中的最恶劣的工况即隧道内会车工况进行数值模拟，分析了会车过程中列车表面压力及头车车体设备舱交会侧与非交会侧压力波的变化规律，并对数值结果进行了分析，结论如下：

（1）由计算结果可知列车设备舱在设计时须考虑承受至少±3000Pa的气动载荷，同时为平衡车体内外侧设备舱压力差，在设计时应考虑在动车组列车车下设备舱端部设置通风格栅;

（2）考虑到气动载荷的影响，吊装在动车组列车车下设备舱内的设备建议采用弹性吊装方式以减弱气动载荷的冲击;

（3）研究结果对动车组列车设备舱的设计提供一定的理论指导，也可为动车组列车减阻设计提供设计依据。

参考文献

[1]关永久.列车在隧道内会车过程的气动特性研究[M].西南交通大学，2010.

[2]田红旗.列车交会空气压力波研究及应用.铁道科学与工程学报，2004，1（1）：83-89.

作者简介：

耿兴春 （1979-），男，汉族，山西省大同人，硕士研究生，高级工程师，主要从事动车组车体设计。