高速列车底部流场特性分析及吹气减阻研究

3. 高速列车底部流场特性

图6为不同吹气速度下头车的阻力对比，在吹气速度为4 m/s时，方案1的头车阻力降低了19.55%，方案2的头车阻力降低了10.06%。在吹气速度增加的情况下，压差阻力比粘性阻力下降得更为明显，可见吹气主要改变了列车的压差阻力。图7为转向架1区域和转向架2区域在平面1上的压力分布，转向架前部的区域在吹气的作用下压力增加，当其作用在转向架舱前端墙时会产生一个与阻力相反的力，从而减小了列车的压差阻力；此外，方案1由于吹气面积较大，造成压力增加的区域也较大，压力增加的区域更靠近转向架舱前端墙，因此方案1的减阻效果较明显。

图8为原始模型和吹气速度为4 m/s的两种吹气方案下各转向架区域内平面1上的流线分布，可以看出，通过转向架舱顶部吹气的方式改变了转向架区域的流场结构：

(1) 原始模型中，气流随轮对旋转，部分气流在轮对后部分离，在前轮分离的气流上扬进入转向架内部，后轮分离的气流沿着转向架舱壁面从后向前运动，两支气流最终在构架横梁处汇聚。

(2) 以转向架2区域为例，方案1中气流最高仅能上扬至制动盘上表面的高度，然后被吹气口释放的气流下压，不能到达更高的区域；方案2的气流可以到达更高的位置，到达吹气的区域形成漩涡最后离开转向架区域，并不会像原始模型那样向前流动。在转向架3区域中，由于动车转向架和拖车转向架结构上的差异，在平面1处没有制动盘的影响，两种方案下气流均呈现从上到下的运动趋势，基本没有气流上扬。

(3) 两种吹气方案中，上行和下行的气流碰撞，造成转向架区域的流速较原始模型低。

图9为原始模型和两种方案转向架2表面的摩擦风速对比（吹气速度为4 m/s），吹气改变了转向架区域的流场特性，因此转向架表面的摩擦速度也发生了变化。表6-2给出了在吹气作用下，转向架2部件表面摩擦风速增大的平均值，可见，方案1的摩擦风速较方案2的摩擦风速大，各减振器上的摩擦风速均较原始模型的高，也就意味着这些部件上的雪粒会承受更大的剪切力，导致雪粒发生不稳定沉积。