凸包非光滑表面高速列车气动阻力及噪声研究

朱海燕，胡华涛，尹必超

（华东交通大学机电与车辆工程学院，江西 南昌330013）

节能环保是现代高速列车主要设计方向之一，其中低阻力及降噪是两大必不可少的设计主题[1]。 气动阻力与速度的平方成正比。 列车速度越高，气动阻力对高速列车的作用越明显。 因此，降低高速列车的气动阻力和能量消耗是开发理想列车系统的基本要求之一。 行驶中的列车上的气动阻力分为压力阻力和摩擦力。 相关风洞实验表明，头车空气阻力与其流线型头部长度线性相关，而尾车阻力与这一指标呈二次幂关系[2-4]。

由于通过改变列车造型改善空气阻力值的方法已经非常成熟，且一味通过加大细长改善列车气动性能会增加列车头、尾部许多不可利用的空间，这与节能、减排的宗旨背道而驰。 而非光滑表面减阻的探究已经在旋成体、面板等的研究对象上做了大量数值仿真、水槽实验以及风洞试验[5-7]。

非光滑表面减阻技术运用于高速列车领域，对节能减排有重大意义。 同时，虽然国、内外学者对高速列车减阻技术做了大量的研究，但是大多数学者仅单纯研究列车直线行驶时的减阻性能，很少人会对优化设计后的列车模型进行场景分析以及安全评估，气动噪声伴随列车从启动到停止整个运行过程，是列车乘坐舒适度评价中不可忽视的环节，值得在考虑列车减阻效果的同时列入减阻效果验证范围。

受自然界中蜣螂体表结构启发，基于现有线路服役工况列车，设计凸包非光滑表面应用于高速列车表面，结合标准k-ε 湍流模型和宽频带噪声模型，对凸包非光滑表面湍流动能特性进行研究，得到气动阻力及气动噪声变化规律。……