耿興春 李進(jìn)伏

摘 要：通過(guò)數(shù)值模擬方法研究動(dòng)車(chē)組列車(chē)在最惡劣工況即列車(chē)在隧道內(nèi)交會(huì)工況，主要研究了交會(huì)過(guò)程中動(dòng)車(chē)組列車(chē)頭車(chē)設(shè)備艙的壓力變化，對(duì)動(dòng)車(chē)組列車(chē)設(shè)備艙的設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)，也可為動(dòng)車(chē)組減阻設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組列車(chē);設(shè)備艙;壓力;交會(huì)

1 前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，動(dòng)車(chē)組列車(chē)以其速度快、便捷高效等優(yōu)勢(shì)成為人們出行的重要交通工具。在動(dòng)車(chē)組列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，列車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)性能對(duì)運(yùn)行安全造成很大的影響，尤其當(dāng)兩列車(chē)交會(huì)或者通過(guò)隧道時(shí)，列車(chē)周?chē)臍饬魇艿綌D壓，在列車(chē)表面產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬態(tài)壓力沖擊，可能會(huì)使列車(chē)車(chē)下設(shè)備艙受到較大的氣動(dòng)載荷沖擊而損壞，因此，氣動(dòng)壓力研究已經(jīng)成為動(dòng)車(chē)組列車(chē)設(shè)計(jì)中的重要課題之一。

2 建模及計(jì)算方式

研究采用ICEM CFD軟件進(jìn)行幾何模型的建立及網(wǎng)格的劃分，為簡(jiǎn)化計(jì)算，動(dòng)車(chē)組列車(chē)采用3輛編組的方式，即“頭車(chē)+中間車(chē)+尾車(chē)”的編組方式進(jìn)行模擬仿真分析，列車(chē)計(jì)算模型見(jiàn)圖1。計(jì)算區(qū)域采用的隧道截面積為100m2的雙線隧道，隧道線間距為4.4m，隧道截面圖見(jiàn)圖2。計(jì)算區(qū)域確定后，保證初始時(shí)刻列車(chē)尾部空間長(zhǎng)度大于25倍車(chē)寬，最終時(shí)刻列車(chē)頭部空間長(zhǎng)度大于25倍車(chē)寬，從而保證隧道進(jìn)出口對(duì)列車(chē)頭尾的壓力分布影響較小。

3 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與分析

列車(chē)1和列車(chē)2以300km/h的速度在截面積為100m2的雙線隧道中等速交會(huì)，隧道會(huì)車(chē)工況為“頭-頭”、“頭-尾”、“尾-尾”交會(huì)，列車(chē)表面的壓力分布云圖見(jiàn)圖3。

由圖3可知，列車(chē)交會(huì)時(shí)頭車(chē)車(chē)身內(nèi)側(cè)最大壓力值為2677.4Pa，中間車(chē)車(chē)身內(nèi)側(cè)最大壓力值為2380.6Pa，尾車(chē)車(chē)身內(nèi)側(cè)最大壓力值為2291.3Pa，頭車(chē)在“頭-頭”交會(huì)時(shí)球形波引起的壓力值較大。

圖4是頭車(chē)設(shè)備艙交會(huì)側(cè)的壓力分布云圖，由圖可知在列車(chē)交會(huì)之前設(shè)備艙所受壓力并不是很大，負(fù)壓值約300Pa，隨著列車(chē)的交會(huì)，列車(chē)所受壓力逐漸增大，設(shè)備艙的最大負(fù)壓達(dá)到約2200Pa，其原因是兩列車(chē)處于完全交會(huì)狀態(tài)，兩列車(chē)車(chē)廂內(nèi)側(cè)的負(fù)壓相互疊加，進(jìn)而在車(chē)下設(shè)備艙形成較大的負(fù)壓，之后列車(chē)逐漸錯(cuò)開(kāi)，隧道內(nèi)其他位置的空氣受列車(chē)周?chē)?fù)壓的作用下，設(shè)備艙所受負(fù)壓逐漸減小。

圖5是頭車(chē)設(shè)備艙非交會(huì)側(cè)的壓力分布云圖，在列車(chē)開(kāi)始交會(huì)時(shí)其負(fù)壓為200Pa左右，隨著交會(huì)的進(jìn)行，非交會(huì)側(cè)的負(fù)壓值也同交會(huì)側(cè)一樣逐漸增大，其原因是設(shè)備艙的兩側(cè)面上開(kāi)有通風(fēng)格柵，設(shè)備艙內(nèi)部為流動(dòng)空間，兩車(chē)交會(huì)時(shí)，設(shè)備艙交會(huì)側(cè)的壓力變化通過(guò)設(shè)備艙內(nèi)部空間傳遞到非交會(huì)側(cè)，造成非交會(huì)側(cè)負(fù)壓值在兩車(chē)交會(huì)時(shí)增大，并在兩車(chē)完全并行時(shí)刻負(fù)壓值達(dá)到最大。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)動(dòng)車(chē)組列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的最惡劣的工況即隧道內(nèi)會(huì)車(chē)工況進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了會(huì)車(chē)過(guò)程中列車(chē)表面壓力及頭車(chē)車(chē)體設(shè)備艙交會(huì)側(cè)與非交會(huì)側(cè)壓力波的變化規(guī)律，并對(duì)數(shù)值結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)論如下：

（1）由計(jì)算結(jié)果可知列車(chē)設(shè)備艙在設(shè)計(jì)時(shí)須考慮承受至少±3000Pa的氣動(dòng)載荷，同時(shí)為平衡車(chē)體內(nèi)外側(cè)設(shè)備艙壓力差，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在動(dòng)車(chē)組列車(chē)車(chē)下設(shè)備艙端部設(shè)置通風(fēng)格柵;

（2）考慮到氣動(dòng)載荷的影響，吊裝在動(dòng)車(chē)組列車(chē)車(chē)下設(shè)備艙內(nèi)的設(shè)備建議采用彈性吊裝方式以減弱氣動(dòng)載荷的沖擊;

（3）研究結(jié)果對(duì)動(dòng)車(chē)組列車(chē)設(shè)備艙的設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)，也可為動(dòng)車(chē)組列車(chē)減阻設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

耿興春 （1979-），男，漢族，山西省大同人，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要從事動(dòng)車(chē)組車(chē)體設(shè)計(jì)。