【摘 要】
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随着我国高速列车运行速度的不断提高,原本在低速运行时不需要考虑的空气动力学问题,如气动阻力、气动升力、列车风、交汇压力波以及气动噪声等问题越来越显著,有些问题甚至会影响到列车的行驶安全。而高速列车气动性能受到列车气动外形的影响较大,所以对于高速列车外形优化的研究有重要意义,本文主要针对列车的头型进行优化。目前国内外对高速列车气动外形的优化设计做了大量的研究,采用的方法主要可以分为直接优化方法和优选
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随着我国高速列车运行速度的不断提高,原本在低速运行时不需要考虑的空气动力学问题,如气动阻力、气动升力、列车风、交汇压力波以及气动噪声等问题越来越显著,有些问题甚至会影响到列车的行驶安全。而高速列车气动性能受到列车气动外形的影响较大,所以对于高速列车外形优化的研究有重要意义,本文主要针对列车的头型进行优化。目前国内外对高速列车气动外形的优化设计做了大量的研究,采用的方法主要可以分为直接优化方法和优选方法。本文选用优选方法,主要进行了以下工作:（1）以动车组CRH380B为改进对象,对列车计算模型进行简化,不考虑转向架、风挡及受电弓等部件,简化为“头车-中间车-尾车”的三辆编组模型。应用Rhino的NURBS曲面造型方法,通过调整鼻端高度、鼻端厚度、鼻端长度以及车头的曲面弧度及其他的曲面造型,分别完成原有方案和两种优化方案模型的创建,并命名为方案1、方案2和方案3。（2）通过使用ANSYS Fluent软件对三种动车组设计方案进行数值模拟仿真,在模拟计算中外流场采用不可压N-S方程以及标准k-ε两方程湍流模型。通过模拟计算得到列车在各个运行工况下的气动升力和气动阻力,应用Origin软件对气动阻力和气动升力数据进行拟合,分别得到了三种设计方案的阻力系数和升力系数。其中三种列车设计方案的气动阻力系数分别为0.33、0.31、0.28,气动升力系数为-0.17、-0.11、-0.12,因此两种优化方案的气动性能表现都要优于原始方案。（3）然后研究了列车在200km/h、250km/h、300km/h、350km/h四种运行速度工况下的列车车头和车尾的表面压力分布情况以及外流场中气流速度分布情况,经过分析比较得出设计方案3车身表面压力分布和流场分布要优于方案1和方案2。通过对三种设计方案在不同运行速度工况下的比较,得出优化后的两种设计方案的气动性能均要优于原始方案,而且方案3的头型流线型更好,气动性能更佳,所以设计方案3为更优的方案。
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