[發明專利]一種高速列車尾流被動控制方法

有效

• 申請號: 202010743738.2
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111824193B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 陳春俊;王東威;屈國慶
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B61D17/02
• 分類號: B61D17/02
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

一種高速列車尾流被動控制方法，步驟如下：通過理論分析或數值模擬或風洞實驗方法找出列車尾車表面發生流動分離的區域；在尾車的流動分離區域上設置陣列凹坑以形成非光滑表面；通過建立非光滑表面參數下的高速列車CAD模型，使用CFD方法模擬高速列車尾流區流場，最終確定上述凹坑的最優非光滑表面參數。本發明具有改善列車尾部渦旋結構，減緩尾流的渦旋運動，減小整車壓差阻力，提升列車運行平穩性等特點，具有很深的理論指導意義和實用推廣價值。

技術領域

本發明涉及一種高速列車尾流的控制方法，具體地說，是涉及一種采用非光滑表面去減小高速列車尾流的運動強度、抑制尾車振動的方法。

背景技術

現代高速列車的運行速度不斷提升，列車空氣動力學問題越來越突出，高速列車尾流問題也是眾多空氣動力學問題中的一個關鍵問題。

目前已經有很多研究指出，隨著高速列車運行速度的不斷增加，高速列車尾流會帶來很多問題：(1)高速列車尾流區的形成會增加車輛運行的氣動阻力，使車輛的能耗增加；(2)高速列車的尾流區是列車風速最大的區域，會危及站臺上候車乘客以及軌道旁工作人員的安全；(3)列車尾部劇烈的旋渦運動所激勵形成脈動的氣動力作用于尾車，會加劇尾車的振動，危及行車的安全性和平穩性。

流動控制技術是利用流體間的相互作用，通過改變局部流動達到控制流場的一種技術。流動控制技術廣泛應用于航空、航天及汽車等領域，主要具有減阻節能、抑制振動和降低噪聲等作用。非光滑表面屬于被動流動控制方式中的一種，當前非光滑表面可以用于飛行器、輪船、汽車及其他地面車輛等的減阻節能上。研究中比較常見的非光滑表面結構包含凹坑、凸包、溝槽及其他新型的仿生非光滑表面結構。現有的非光滑表面技術主要用于高速列車的減阻設計，例如將非光滑表面安裝在轉向架端墻、風擋區域的端墻等，但是尚未將非光滑表面應用于高速列車尾流的控制上。

中國專利文獻“陣列式高速列車尾部渦流控制裝置”(CN201910428014.6)公開如下：

該裝置固定于高速列車的頭車和/或尾車的表面，裝置包括：陣列排布的多個尾渦控制器，多個尾渦控制器沿同一對稱軸兩兩對稱設置于鼻錐的兩側，并形成多個控制器組，控制器組沿對稱軸的延伸方向依次排布，第一控制器組位于第二控制器組靠近鼻尖的一側，第一控制器組中兩兩對稱設置的尾渦控制器之間的最大直線距離為D1，第二控制器組中兩兩對稱設置的尾渦控制器之間的最小直線距離為D2，D1＜D2。該專利的主要目標是為了有效地減小高速列車的尾車氣動升力，其提出的渦流控制器呈直角梯形結構，它存在渦流控制器制造復雜、安裝要求高、對列車外觀影響較大等缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種高速列車尾流被動控制方法，旨在將陣列凹坑布置在尾車上形成非光滑表面，并通過試驗或模擬方法確定凹坑的最優參數，以最終減小列車尾流運動強度、抑制尾車振動，提升列車平穩性。

本發明的目的是這樣實現的：一種高速列車尾流被動控制方法，步驟如下：

1)非光滑表面的高速列車尾流控制方法

將陣列凹坑布置于高速列車尾車表面上形成非光滑表面，高速列車表面的凹坑會誘導局部流動分離，觸發分離點邊界層的不穩定性，而使得層流邊界層轉變為湍流邊界層；湍流邊界層的形成使得壁面附近的流體重新獲得較大的動量，這個動量大到足以克服表面的負壓力梯度，而使得已經分離表面的流體重新附著到列車表面；這樣，凹坑就能延緩主要的流動分離，進而減緩了列車尾渦的形成，實現高速列車尾流控制的目的；

2)非光滑表面在尾車的布置安裝準則

首先采用理論分析或數值模擬或風洞試驗方法找出高速列車尾車表面發生流動分離的區域；非光滑表面需要布置在列車尾車表面發生流動分離的區域內，以此增加邊界層內流體的動量，抑制或推遲氣體流動分離的發生，進而達到控制高速列車尾流旋渦結構及運動強度的目的；

3)非光滑表面參數的優化設計方法