双线高铁风障高度优化：数值模拟与气动性能提升机制

本文主要探讨了双线高速铁路桥上设置风障的优化问题，针对高速列车在运行过程中遇到的气动力挑战。作者基于计算流体动力学（CFD）理论，运用数值模拟方法，对不同高度的风障对高速列车气动力的影响进行了深入研究。研究关注的重点在于分析风障对列车绕列车几何中心、迎风侧轮轨接触轴线和背风侧轮轨接触轴线产生的侧倾力矩，以及这种力矩如何随风障高度变化。 首先，通过计算和分析，研究人员提出了控制侧倾力矩和累计控制侧倾力矩的概念。控制侧倾力矩是指风障对列车稳定性产生的直接影响，而累计控制侧倾力矩则是考虑了风障对列车运行全程影响的综合指标。研究发现，风障高度对列车气动力的影响显著，然而根据气动力各分力得出的最优风障高度并不统一，这表明设计时需要综合考虑多种因素。 侧倾力矩的研究结果显示，其对轮轨接触轴线的影响大于对几何中心，而且风障高度对侧倾力矩的变化非常敏感。特别地，控制侧倾力矩在风障高度较低时主要影响背风侧轮轨接触轴线，随着风障高度增加，力矩的主导作用可能会转移到迎风侧。 进一步，考虑到列车在双线桥上的整体气动效应，研究者引入了累计控制侧倾力矩的概念来确定更为合理的风障高度。经过数值模拟和不断逼近的方法，得出的最优风障高度为95毫米，这对于双线高速铁路简支箱梁桥上的1.9米风障来说效果最佳。这一结论提示，优化风障设计不应单纯追求单个轴线侧倾力矩为零，而是需综合考虑列车在双线路运行中的气动性能。 本文通过严谨的数值模拟与分析，为双线高速铁路桥上的风障设计提供了科学依据，强调了风障高度选择的重要性，尤其是在兼顾列车稳定性和气动性能优化方面。这对于提升高速铁路的运行安全和舒适性具有实际意义。