强侧风作用下客车车体气动外形优化

张洁，梁习锋，刘堂红，逯林锋

(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，湖南 长沙，410075)

在强侧风作用下，列车受到了较大的气动横向力和升力，有可能导致列车脱轨倾覆，直接影响着列车的安全[1-4]。对于一些特殊的风环境如特大桥梁、高架桥、路堤等路段，列车的绕流流场改变更加突出，气动力增大，导致列车脱轨、翻车的可能性大大增加[5-7]。在我国，亚欧大陆桥重要通道的兰新线(甘肃兰州—新疆乌鲁木齐)穿越新疆大风戈壁地区，自然条件十分恶劣，其150 km风区瞬时最大风速达64 m/s，约为12级风的 2倍[8]。自通车以来，屡次发生列车被吹翻的重大事故[9]。在大风季节，由于风力过大，迫使客车经常停开，大批旅客被滞留，给旅客出行带来极大不便，严重制约了西部经济的发展。为加强客车在强侧风下作用下的运行安全稳定性，优化客车车体气动外形是很有必要的[10-14]。在此，本文作者主要研究不同截面车体在不同风速、风向和车速下的气动性能，从而得到气动外形较好的截面形状车体。

1 数值计算理论基础

采用稳态、三维不可压N-S方程和工程上常用的k-ε双方程湍流模型，基于控制方程[15](质量守恒方程、动量守恒方程、湍流动能方程和湍流耗散率方程)，运用大型流体数值计算软件Fluent对强侧风作用下客车车体的气动性能进行模拟分析。

2 数值计算模型

2.1 模型的简化与假设

(1) 客车是近地运行的庞大细长物体，为了在相同条件下比较不同横断面车体气动性能，排除不同车头形状对车体的影响，客车车体长度取足够长。……