风沙环境下偏航角对高速列车的冲蚀及气动性能的影响研究

来源：机床与液压杂志2021年第3期北京时间：

作者：李虎，金阿芳，刘芳，李文涛，岳海燕

单位：新疆大学机械工程学院；新疆大学机械工程学院；新疆大学机械工程学院；新疆大学机械工程学院；新疆大学机械工程学院

摘要：为研究不同偏航角下风沙耦合作用（激励）对高速列车的气动性能和冲蚀特性的影响，基于空气动力学理论，采用Navier-Stokes方程、标准κ-ε湍流模型对气流进行连续化处理，应用DPM模型对沙粒进行离散化处理。模拟车速230 km/h、风速30 m/s条件下，0°偏航角、45°偏航角和90°偏航角3种工况下，列车的气动特性、冲蚀特性以及侧力系数、阻力系数的变化规律，采用欧拉-拉格朗日方法分别进行求解。研究结果表明：随着偏航角的增大，正压区域逐渐向侧面扩大，涡流也逐渐增大，阻力系数减小，侧力系数逐渐增大；90°偏航角有沙侧力系数是0°偏航角有沙的250倍，90°偏航角无沙侧力系数是0°偏航角无沙的142倍；冲蚀面积由头部向侧面转移且增加，冲蚀率增加。

关键词：流固耦合;空气动力学;偏航角;沙粒;高速列车

基金资助：国家自然科学基金地区科学基金项目（51968069；11662019）