300km/h时速下动车组用雨刷器的气动性能仿真研究

陈晓丽 晋永荣

摘 要：雨刷器位于列车头部司机室侧窗，列车速度提高后头部压力分布复杂，将影响列车雨刷器的正常使用。本文计算了列车以300 km/h速度在9～14级大风环境下运行时前方雨刷器受到空气压力的变化，监测并分析了雨刷器臂及雨刷上测点的压力随风力变化的趋势。

关键词：高速列车;雨刷器;气动;仿真

中图分类号：U216.413 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）22-0052-04

Abstract： The windshield wiper is located in the side window of the driver's cab at the head of the train， when the train speed increases， the head pressure distribution is complicated， which will affect the normal use of the windshield wiper. In this paper， the change of air pressure on the wiper in front of the train running at 300 km/h in the strong wind of force 9～14 is calculated， and the trend of the pressure on the wiper arm and the measuring point on the wiper is monitored and analyzed.

Keywords： high speed train; wiper;aerodynamic;simulation

雨刷器是列车头部重要的设备，列车头部空气压力变化较大。列车速度提高后，头部空气压力变化可能会对其工作性能造成影响[1-3]。

1 计算工况设置

1.1 研究工况

研究中选取的列车速度为300 km/h，选取风力为9～14级，拟研究风力对雨刷器压力分布、受力的影响。研究中共设置6个工况，如表1所示。

1.2 计算区域与边界条件设置

数值计算区域如图1所示。明线工况长度方向尺寸的选取是使计算区域下游边界尽可能远离计算模型，以避免出口截面受到列车尾流的影响，便于出口边界条件的给定，计算域长[L]=30 m，宽[W]=30 m，高[H]=2.4 m，车刷离前侧和左侧的速度入口边界10 m。计算域的前侧和左侧为速度入口，后侧和右侧为压力出口，底面设置为壁面，顶部为对称平面边界条件。

在无风及有风条件下，大气压均为标准大气压，空气密度为1.225 kg/m3，温度為20 ℃，压力出口的相对压强为0 Pa，速度入口的初始速度均为0 km/h。计算域的地面设置为无滑移地面[4-5]。

1.3 计算域离散

整个计算流域采用结构网格进行划分。为了准确模拟车刷的气动性能，对车刷曲面变化较大处的流场区域的网格进行加密处理。……