基于风雪两相流的高速列车转向架积雪特性分析与优化

王 枫，高永杰，赵 兴

(1.大连交通大学机车车辆工程学院，辽宁 大连 116028；2.大连民族大学机电工程学院，辽宁 大连 116600)

0 引言

列车在风雪环境中运行时，雪花颗粒容易随周围列车风卷入转向架区域形成堆积，直接影响空气弹簧、制动装置等重要部件的正常工作，严重恶化车辆动力学性能[1-4]。针对高速列车转向架积雪问题，国内外学者主要从以下2个方面展开研究：在转向架的气动流场方面，韩运动等[5]对高速列车转向架舱内流场进行了实车测试和数值模拟，从流场的角度分析了转向架区域气流流动规律，Iglesias等[6]研究发现气流在进入转向架区域后，会围绕各部件形成复杂的紊流；在转向架防积雪措施的研究方面，蔡华闽[7]针对车体底部外形设计了三角形车底外形和圆弧形车底外形模型，防积雪性能分别提升了37.83%和29.35%，Andersson等[8]对高寒地区运行的高速列车车体外形和转向架进行了优化，对列车制动、悬挂系统等积雪严重部位进行了改进。

一方面，目前大多数的研究仅从单相流(风场)角度考虑转向架区域流场特性，但事实上单相流因为没有考虑雪花颗粒特性(包括速度、位移、直径、质量流量和密度等)，因此对转向架积雪成因会存在一定偏差[9]。另一方面，对于转向架区域设计添加导流板，缺少一个通用的设计依据，难以保证加装后防积雪的效果。研究结果表明，利用流动场协同理论可以实现对流场的优化，因为其依据最小机械能原理，对速度和速度梯度场进行协同，能够获得流动阻力最小时的最佳流场[10]，因此以协同流场中的流线作为导流板设计依据，可以实现对导流板安装位置和形状的优化。……