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导流装置对高速磁浮列车气动特性的影响

李一凡 李田 张继业 张卫华

李一凡, 李田, 张继业, 等. 导流装置对高速磁浮列车气动特性的影响[J]. 实验流体力学, 2023, 37(1): 91-99 doi: 10.11729/syltlx20220109
引用本文: 李一凡, 李田, 张继业, 等. 导流装置对高速磁浮列车气动特性的影响[J]. 实验流体力学, 2023, 37(1): 91-99 doi: 10.11729/syltlx20220109
LI Y F, LI T, ZHANG J Y, et al. Effect of deflector devices on the aerodynamic characteristics of high-speed maglev trains[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(1): 91-99 doi: 10.11729/syltlx20220109
Citation: LI Y F, LI T, ZHANG J Y, et al. Effect of deflector devices on the aerodynamic characteristics of high-speed maglev trains[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(1): 91-99 doi: 10.11729/syltlx20220109

导流装置对高速磁浮列车气动特性的影响

doi: 10.11729/syltlx20220109
基金项目: 国家自然科学基金(12172308);牵引动力国家重点实验室自主课题(2023TPL–T05);中央高校基本科研业务费(2682021ZTPY124)
详细信息
    作者简介:

    李一凡:(1998—),男,甘肃白银人,硕士研究生。研究方向:列车空气动力学。通信地址:四川省成都市金牛区二环路北一段111号西南交通大学九里校区牵引动力国家重点实验室(610031)。E-mail:lyf2021@my.swjtu.edu.cn

    通讯作者:

    E-mail:litian2008@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U237

Effect of deflector devices on the aerodynamic characteristics of high-speed maglev trains

  • 摘要: 由于车轨悬浮间隙的存在,高速磁浮列车的悬浮架周围流场紊乱且气动力复杂,影响列车的悬浮和导向性能。基于计算流体力学建立了3车编组的高速磁浮列车气动数值仿真模型,研究了列车气动特性及车轨间隙和悬浮架周围的流场结构,分析了3种不同形式的导流装置(板式、短楔形、长楔形)对列车气动特性的影响规律。研究结果表明:在500 km/h的运行速度下,气流通过头车鼻尖底部悬浮间隙直接冲击在头车一位端悬浮架迎风侧,形成的压差阻力使头车气动阻力大幅增大;受悬浮架扰流影响,气流在车体底部形成了大面积的正压区,直接导致头车气动升力和气动力矩大幅提高且远高于中间车及尾车气动升力。根据研究结果,改变头车鼻尖底面结构,控制进入车轨磁浮间隙的气流流量和方向,改善了列车表面压力分布情况,协同降低了列车气动阻力、气动升力和点头力矩。与原型磁浮列车相比,3种导流装置均能实现减阻降升,其中气动特性优化效果最好的长楔形导流装置可实现减小整车气动阻力3.6%、头车气动升力40.6%和头车点头力矩80.3%,综合气动性能最好。
  • 图  1  列车几何模型及关键尺寸

    Figure  1.  Vehicle geometry and key dimensions

    图  2  计算区域模型及参数

    Figure  2.  Model and dimensions of the computational domain

    图  3  计算区域及边界层网格

    Figure  3.  Computational domain and boundary layer grid

    图  4  列车y = 0截面上表面压力系数分布

    Figure  4.  Pressure coefficient distribution along the upper surface at y = 0

    图  5  列车各部分气动阻力系数

    Figure  5.  Aerodynamic drag force coefficient of each part of the train

    图  6  头车迎风侧(左)和尾车背风侧(右)压力分布

    Figure  6.  Pressure distribution on windward side of the head car (left) and leeward side (right) of the tail car

    图  7  列车各部分气动升力系数

    Figure  7.  Aerodynamic lift force coefficient of each part of the train

    图  8  列车y = 0截面压力系数分布

    Figure  8.  Pressure coefficient distribution of the train at y = 0

    图  9  导流装置参数及安装位置

    Figure  9.  Deflector device parameters and installation position

    图  10  不同导流装置对应头车的气动升力系数

    Figure  10.  Lift coefficients for the head car with different deflector devices

    图  11  不同导流装置对应鼻尖区域速度流线图

    Figure  11.  Velocity flow in the nose region for different deflector devices

    图  12  不同导流装置对应头车底面压力分布

    Figure  12.  Pressure distribution on the underside of the head car for different deflector devices

    图  13  不同导流装置对应头车y = 0下表面压力系数分布

    Figure  13.  Distribution of pressure coefficients at y = 0 for different deflector devices for the head car

    表  1  列车气动力系数网格独立性检验

    Table  1.   Grid independence test of train aerodynamic coefficients

    CD,hCD,tCL,hCL,t
    Mesh 10.1230.0870.3660.165
    Mesh 20.1240.0920.3870.173
    Mesh 30.1240.0900.3820.171
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    表  2  导流装置外形参数

    Table  2.   Deflector device shape parameters

    序号形式迎风侧倾角/(°)背风侧倾角/(°)长度/mm宽度/mm
    1板式125125301000
    2短楔形12559731000
    3长楔形125225231000
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    表  3  设置不同导流装置列车的气动力及力矩系数

    Table  3.   Aerodynamic forces and moment coefficients for trains with different deflector devices

    CD,hCD,mCD,tCL,hCL,mCL,tCMy,h
    原型列车0.1240.0620.0920.3870.0180.173−0.559
    导流装置10.1220.0620.0920.2710.0250.175 −0.283
    导流装置20.1220.0640.0890.2700.0230.169 −0.283
    导流装置30.1210.0590.0880.2300.0060.163−0.110
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-25
  • 修回日期:  2022-11-17
  • 录用日期:  2022-12-12
  • 网络出版日期:  2023-03-10
  • 刊出日期:  2023-02-25

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    2021年8月13日