涡流发生器安装角度对高速列车尾车气动特性影响研究

作     者：杜健 张亮 田洪雷 黄凤仪 张洁 

作者机构：中南大学空气动力学铁路行业重点实验室 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室 

出 版 物：《铁道科学与工程学报》 (Journal of Railway Science and Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52372370) 中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(P2021J035) 

主　　题：高速列车 涡流发生器 气动减阻 气动降升 尾部流场 

摘      要：更高速运行给高速列车尾车的平稳性和安全性带来了更大挑战，亟待开展尾车气动减阻降升技术研究。通过抑制高速列车尾涡结构的发展，探究涡流发生器控制下高速列车尾部流场结构的变化和其气动性能的改变。采用数值仿真方法研究了3种不同角度涡流发生器对高速列车尾部流场的影响，分析了涡流发生器作用下高速列车尾部表面压力分布以及周围流场速度变化规律，确定了列车明线运行尾涡控制的涡流发生器安装角度。研究结果表明：涡流发生器提升了高速列车尾车流线型头部区域表面压力，并对列车尾流区域流场产生了显著影响，减小了列车的压差阻力和气动升力。尾车鼻尖点附近低速区域远离鼻尖点，并向更远处发展。随着安装角度增加，涡流发生器生成的漩涡结构对高速列车尾涡的作用更加明显，尾车表面压力提升的面积也逐渐扩大。三种不同角度的涡流发生器对高速列车的尾涡均有抑制作用；安装角为75°时，尾车气动减阻3.94%、升力减小22.69%；安装角为60°时，尾车气动减阻2.78%，升力减小20.82%；安装角为45°时，尾车气动减阻1.47%，升力减小14.46%。提出的涡流发生器抑控方法可有效减弱高速列车尾涡强度，改善尾车流线型区域压力分布，继而改善尾车气动性能。研究成果可为更高速列车的尾迹流动研究提供参考。