６８交通运输工程学报２００９举称结构，所以头车纛尾车形状相同。

图１为本文建立的计算模型，表ｌ为计算模型尺寸。

１．３计算工况图１计算模型对于横风作用下Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｕｔａ￡ｉｏｎｆｎｏｄｅｌ列率外部流场的分析，疆前国内外比较通用的是合成风（％。

）法［２ａ］，即将列车视为静止，将外界自然风速发（ｋ制）朔刭车运行遮度的反向速度（一坟幽）进行矢量合成。

各分量之闻的关系觅图２。

图２中宣然风和列车纵向的夹角定义为风向角垂，合成风与列车纵向的爽角定义势德髋角（ＹａｗＡｎｇｌｅ）熬衰ｌ模型尺寸Ｔａｂ．１ＭｏｄｅＩｓｉｚ髑部位长／ｍ宽／ｍ离／ｍ头车、尾车２５．７３．３８３．７０中间车２５．Ｏ３．３８３．７０墨２风向不惹Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｍａｐｏｆｗｉｎｄ８本文计算了５种工况，车速为２００ｋｍ・ｈ一，自然风速秀２凄．４ｌ【ｍ・ｈ～，风向惫釜秀０。

、２２．５。

、６７．５。

、４５．Ｏ。

和９０．ｏ。

，对应偏航角口为Ｏ。

、６．８。

、１３．３。

、１９．２。

和２３．７０。

ｌ。

霹计算区域与计算网格计算区域见图３。

由乎ＣＲＨ一２动车组车头郝分馥面比较复杂，因此，采用非结构网格，见图４。

计算过程中采用网格自适应技术，对网格密度不断调整，保证了计算精度。

２计算结果分析列车的外漉场结构和气动力会随合成风偏航角的不同而改变。

在合成鼹ｌ与襄车纵向存在一定的夹角的情况下，列车外流场豹结稳会变褥不对穆，（ａ）俯视图喜［二＝五］（ｂ）正视图。

弱３诗算区域Ｆｉｇ．３（：ｏｍｐｕｔ８ｔｉｏｎ黼ｎｅ图４计算网格Ｆｉｇ．４Ｃｏｍｐｕｌａｔｉｏｎｍ髂ｈｅ３气动力也会发生变化。

２．１流场结构分析列车的外流场结构是极其复杂的，研究外流场结梅对了解歹Ｉｌ车外部空气流动状况，设计巅车外形和研究列车空气动力学有很大意义。

本文分别对列车的迎风西区域、背风面区域、顶部区域、底部区域和尾部区域进行了观察，发现不同区域流场结构麓别很大，而且受到偏航角的影响也不同。

列车迎风筒区域、底部区域和顶部区域的流场结构比较筒单，流体变化不剧烈，觅图５。

但图５列车三维流场是，在列车的背风面区Ｆｉｇ．５３Ｄｎ。

ｆｉｅｌｄ。

ｆｔ。

ｉ。

域、尾部区域的结构就变得复杂得多。

２．１．１背风面流场列车背风面的流场结构会随镳靛角的变化露变化，本文计算了５个工况，偏航角的范围为ｏ。

～２３．７。

，列车背风面的流场结构基本相同。

垂Ｓ展示了岔为２３．？。

的情况下，从列车尾部穰列车上方观察到的列车整体流场结构。

从图５可以清楚地观察到列车的背风面产生了４个涡（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ），逗部骞１个浜（嚣）。

事实上尾部会产生２个漏，但由于另一个涡很小，无法在图５中显示，后面将详细对尾涡进行分析。

为了弄清每个涡产生的其俸位萋泼及与列奄表面脱离的情况，本文分别从不同的横截面观察、分析其二维流线，见图６，其中矗为横截面到车头的距离。

分析发现：涡Ａ在列车横截面右下方４．Ｏｍ处产生，４．Ｏ～８．ｏｍ褥到发展，其中６。

ｏｍ处最为明显，ｌｏ．０ｍ处基本消失；瀛转在列车横截匠右上方１０．Ｏｍ处产生，１２．Ｏｍ处已经非常明显，１２．０～４０。

４ｍ得到充分发展，４３．４ｍ处已经完全与列举表面脱懑，此后，这个禚越来越远离剜牵表面；涡Ｃ在列车横截面右下方１７．Ｏｍ处产生，１７．Ｏ～６２．４ｍ褥到充分发晨，６４．４ｍ处基本与列车表面脱离，在６８。

４ｍ开始逐渐减弱，最后消失；涡Ｄ在列车横截画右上方４３．４ｍ处产生，４３．４～６８．４ｍ得到充分发震，７６，２ｍ处完全与捌车表霹脱离，此震，这个涡越来越远离列车表面。

可以推断增加列车模型的长度，会观察到更多的涡有规律地产生且与列车表瑟脱离的过程。

第２期李雪冰，等：强风中高速列车空气动力学性能６９图６背风面横截面二维流线Ｆｉｇ．６２Ｄ８ｔｒｅａｍｌｉｎｅｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｌｅｅｗａｒｄ２．１．２尾部流场与列车背风面的流场结构相比，列车的尾涡结构比较简单。

偏航角也会影响尾涡的形成和发展，观察不同偏航角时不同横截面的二维流线，可以发现胗ｏ。

时两尾涡的变化规律基本相同。

图７从左到右所示的依次是舟为０。

、６．８。

和１９．２。

的尾部不同横截面二维流线图，可以看出不同偏航角尾涡随Ｄ的变化情况。

从图７中可以看出，随着横截面到车头距离的增大，左边的涡缓慢地向右移动，右边的涡向右移动较快而且很快消失。

口＝０。

时２个涡随着Ｄ的增加不断发展变大，中心位置距离逐渐变大，且不断上移。

在Ｋｈｉｅｒ的研究中［１叫，列车的背风侧出现了３个涡，而且３个涡形式和本文背风的前３个涡的形式是一样的，但是由于他的计算模型比较短，所以没有观察到背风侧区靠近列车顶部的涡不断产生和与列车脱离，以及靠近列车底面的涡不断产生和消失的规律性现象。

此外，他也没有对列车的尾部区域的涡进行详细研究。

图７尾邵横截面二维漉线Ｆｉｇ．７２Ｄｓｔｒ隐ＩＩｌｌｉｎｅｓｆｏｒｄｉｆｆｅｆｅｎｔｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏ∞ｏｆｔａｉｌ２．２压力分布列车表面的压力是气动力的重要组成部分，压力的分布情况直接影响列车各个部分气动力的大小。

图８是５种工况下列车表面的压力（单位为Ｐａ）分布情况（每组图中从上到下依次为列车的迎风面、背风面、顶面、底面，列车向右运行）。

（１）ｐ为０。

时，只有车头的顶点处很小一部分正压较大，车尾顶点处一小部分负压绝对值较大，其余部分离车头和车尾越远，压力越小且均为负值；顶面和底面绝大部分区域处于负压状态，车头部分顶面负压绝对值比底面负压的绝对值小，中间两者基本相同，车尾部分的压力分布情况与车头部分相反。

由于来流跟列车纵向一致，因此，列车压力云图关于列车的纵向中心面对称。

（２）ｏ。

＜口＜２３．７。

时，列车的迎风侧出现正压区，而且随着偏航角的增大，这部分区域逐渐向车尾扩大；列车的背风面压力始终处于负压状态，尾部背风面的负压绝对值要小于迎风面的负压绝对值，这一部分区域随偏航角增加而减小ｌ列车顶面和底面仍然处于负压状态，但顶面的负压绝对值明显大于底面负压的绝对值，而且偏航角越大这种现象越明显。

图９从左向右列出了ｐ为ｏ。

、１３．３。

和２３．７。

情况下不同横截面的压力（单位为Ｐａ）云图，可以从局７０交通运输工程学报２００９单图８列车表面压力分布Ｆ遮．８ｐ转ｓｓｕｒｅｄｉｓ￡挪＞ｕ￡ｉｏｎｓｏｆｔｆ嚣辆ｓｕｆｆａｃｅ部更涛楚地展示上述现象。

２．３列率气动力列车的气动力包括侧力、升力、阻力和倾覆力矩，各力定义霓图１０，其中，本文中各力的方商陵图示箭头方向为正。

列霉的气动力嬲２部分构成：垂直作用在列车表面的噩力和作用在剜车表西切线方向的粘性力（摩擦力）。

为研究列车气动力分布以及各部分气动力的构成情况，本文对列车整奄、头车、书闫车和尾车的气动力分布及其梅成分鄹进行了研究，详细的计算结果见表２～５。

２．３．１气动力构成列车的侧力、升力、阻力和倾覆力矩中的压力和粘性力的比例并不相同，这一点在本文的计算中得到充分舔现。

观察裘２～５可以发现：压力对铡力的贡献远远大于粘性力对侧力的贡献，在升力中压力占的比例更大，而倾覆力矩是侧力和升力对列车作用懿综合镕理，压力瞧占主导地位，因此，在翔力、升力和倾覆力矩中粘性力几乎可以忽略；阻力中粘性力则占有很大比例，特别是在车体的中间部分，压力为ｏ，两头享秘逻车缀然压力占缀大毙例，但是因它们方向相反，基本可以相互抵消，特别是随着风向角的减小，这种现象更加明显。

图１１展承了列车整车、头车、中闯车翻冤车静阻力在不同工凝下静组成表２侧力Ｔｈｂ．２Ｓｊｄｅｆｏｒ嘲ｋＮ整车交举孛阕车趸擎工况总力压力粘性力总力腱力粘性力总力压力粘性力总力压力粘性力１６７．２７６５．８３１．４４５３．６５５３．０４Ｏ．６０２０．２５１９．７８Ｏ．４６—６．６２—７．ＯＯＯ．３８２６毒．５２Ｓ３。

０９１．４３５３．９３５３。

３３ｅ。

Ｓｌ１９。

３８１８．９３０。

４６一Ｓ．８０—９。

ｌＳＯ。

３８３４７．９３４６．７８１．１５４２．７９４２．３００．５０１２．５８１２．２２Ｏ．３６—７．４４—７．７４０．３０４２１．１３２０．４８０．６５２２．８２２２．５３Ｏ．２９４．６１４．４ＩＯ．２０一６．３０一６．４５Ｏ．１５５Ｏ．ＯＯ０。

００Ｏ．００Ｏ。

００Ｏ．０００．０００。

００ｅ。

０００．００Ｏ．０ｅｅ。

００ｅ。

００表３黼力Ｔ抽．３Ｄ糌ｇｆｂｒ嘲ｋＮ整车受车ｌ；闻车惩肇工况总力压力粘惟力总力，Ｋ力粘性力总力压力粘性力总力压力粘惟力１２．７９一１．３４４．１３—５．０９—６．５３ｌ－４４１．４１Ｏ．００Ｌ４ｌ６．４８５．１９１．２９２Ｓ。

２０Ｏ。

０６５，１５～３．３８—５。

１７１．？９１．７ＳＯ．００ｌ。

７Ｓ６。

８３Ｓ。

２２１．６０３７．２９１．３７５．９２～Ｏ．３０一２．３８２．０７１．９９Ｏ．００１．９９５．６０３。

７５１．８６４８．７０２．４８６．２２Ｚ．４７０．２５２．２１２．０６０．００Ｚ０．６０４．１７２．２２１．９５Ｓ９．Ｏｌ３．６４５．３７３．４８１．３６２．１３１。

７１Ｏ．ＯＯ１．７１３．８２２．２９１。

５３情况，可浚更蕊观地表明上述规律。

２．３．２气动力分布气动力是直接终用凌列车表磷的外力，研究气动力的分布可敬弄清列车各部分受笺懿外力的详缨情况，可以为列车的总体设计提供有力的依据。

圈１２展示了列车整攀、头车、中闽辜积尾车的气动第２期李雪冰，等：强风中高速列车空气动力学性能７１图９不同横截面的静压分布Ｆｉｇ．９Ｓｔａｔｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔ“ｂｕｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓ裹４升力Ｔａｂ．４Ｌｊｎｆｏｒ嘲ｋＮ整车头车中间车尾车工况总力压力枯性力总力压力牯性力总力压力粘性力总力压力牯性力１１５５．５３１５５．２９Ｏ．２４５４．９４５４．８５０．０９５０．５０５０．４３Ｏ．０７５０．０９５０．０１０．０８２１２８．６５１２８．４２０．２３４３．９０４３．８１Ｏ．０９４２．９６４２．８７０．０９４１．７９４１．７４Ｏ．０５３６４．６５６４．４５Ｏ．２０１７．６１１７．５４Ｏ．０７２９．３７２９．２６Ｏ．１０１７．６７１７．６４０．０３４１５．４８１５．３４Ｏ．１４～３．６６—３．７１０．０５１１．１３１１．０７Ｏ．０６８．０２７．９８０．０４５—２．５０—２．５４Ｏ．０５—６．５６—６．６０Ｏ．０５～Ｏ．１０～０．１１Ｏ．０１４．１６４．１７～Ｏ．０ｌ力随风向角变化而变化的情况。

（１）卢为Ｏ。

，即无横风分量时，侧力为ｏ；当ｏ。

＜Ｋ２３．７。

时，头车的侧力大约为中间车的２～４倍，而尾车的侧力较小，且与头车和中间车的侧力方向相反。

但是可以想象，假如ｐ为９０。

，由于列车结构对称，头车和尾车形状相同，尾车的侧力不可能与头车相反，因此，可以推出尾车的侧力随偏航角在Ｏ。