動車組列車設備艙氣動壓力研究

耿興春 李進伏

摘 要：通過數值模擬方法研究動車組列車在最惡劣工況即列車在隧道內交會工況，主要研究了交會過程中動車組列車頭車設備艙的壓力變化，對動車組列車設備艙的設計提供一定的理論指導，也可為動車組減阻設計提供設計依據。

關鍵詞：動車組列車;設備艙;壓力;交會

1 前言

隨著我國經濟的快速發展，動車組列車以其速度快、便捷高效等優勢成為人們出行的重要交通工具。在動車組列車高速運行時，列車的空氣動力學性能對運行安全造成很大的影響，尤其當兩列車交會或者通過隧道時，列車周圍的氣流受到擠壓，在列車表面產生很強的瞬態壓力沖擊，可能會使列車車下設備艙受到較大的氣動載荷沖擊而損壞，因此，氣動壓力研究已經成為動車組列車設計中的重要課題之一。

2 建模及計算方式

研究采用ICEM CFD軟件進行幾何模型的建立及網格的劃分，為簡化計算，動車組列車采用3輛編組的方式，即“頭車+中間車+尾車”的編組方式進行模擬仿真分析，列車計算模型見圖1。計算區域采用的隧道截面積為100m2的雙線隧道，隧道線間距為4.4m，隧道截面圖見圖2。計算區域確定后，保證初始時刻列車尾部空間長度大于25倍車寬，最終時刻列車頭部空間長度大于25倍車寬，從而保證隧道進出口對列車頭尾的壓力分布影響較小。

3 數值計算結果與分析

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

由圖3可知，列車交會時頭車車身內側最大壓力值為2677.4Pa，中間車車身內側最大壓力值為2380.6Pa，尾車車身內側最大壓力值為2291.3Pa，頭車在“頭-頭”交會時球形波引起的壓力值較大。

圖4是頭車設備艙交會側的壓力分布云圖，由圖可知在列車交會之前設備艙所受壓力并不是很大，負壓值約300Pa，隨著列車的交會，列車所受壓力逐漸增大，設備艙的最大負壓達到約2200Pa，其原因是兩列車處于完全交會狀態，兩列車車廂內側的負壓相互疊加，進而在車下設備艙形成較大的負壓，之后列車逐漸錯開，隧道內其他位置的空氣受列車周圍負壓的作用下，設備艙所受負壓逐漸減小。

圖5是頭車設備艙非交會側的壓力分布云圖，在列車開始交會時其負壓為200Pa左右，隨著交會的進行，非交會側的負壓值也同交會側一樣逐漸增大，其原因是設備艙的兩側面上開有通風格柵，設備艙內部為流動空間，兩車交會時，設備艙交會側的壓力變化通過設備艙內部空間傳遞到非交會側，造成非交會側負壓值在兩車交會時增大，并在兩車完全并行時刻負壓值達到最大。

4 結論

通過對動車組列車運行過程中的最惡劣的工況即隧道內會車工況進行數值模擬，分析了會車過程中列車表面壓力及頭車車體設備艙交會側與非交會側壓力波的變化規律，并對數值結果進行了分析，結論如下：

（1）由計算結果可知列車設備艙在設計時須考慮承受至少±3000Pa的氣動載荷，同時為平衡車體內外側設備艙壓力差，在設計時應考慮在動車組列車車下設備艙端部設置通風格柵;

（2）考慮到氣動載荷的影響，吊裝在動車組列車車下設備艙內的設備建議采用彈性吊裝方式以減弱氣動載荷的沖擊;

（3）研究結果對動車組列車設備艙的設計提供一定的理論指導，也可為動車組列車減阻設計提供設計依據。

參考文獻

[1]關永久.列車在隧道內會車過程的氣動特性研究[M].西南交通大學，2010.

[2]田紅旗.列車交會空氣壓力波研究及應用.鐵道科學與工程學報，2004，1（1）：83-89.

作者簡介：

耿興春 （1979-），男，漢族，山西省大同人，碩士研究生，高級工程師，主要從事動車組車體設計。