导读：近年来，我国高铁发展取得了举世瞩目的成就，改变了人们的出行方式。中国铁路总公司数据显示，中国高铁累计发送旅客已突破70亿人次，而实现时速350公里商业运营的“复兴号”更为世界高速铁路商业运营树立了新的标杆。作为闪耀世界的国家名片，中国高铁的研发过程背后都有什么样的故事？2017“天河二号”用户年会邀请了中南大学高速列车研究中心的伍钒博士，分享了中南大学轨道交通安全教育部重点实验室助力我国高铁建设、升级与优化的科研历程。
我国高铁经历了国外引进、吸收优化到自主创新的发展历程。在设计优化的过程中，列车外形气动性能、线路/桥梁/隧道等外部环境对行车的影响、送风系统及车内流场/温度场、气动噪声等等空气动力学问题，都是制约高铁发展的挑战性问题。中南大学轨道交通安全教育部重点实验室研究团队依托“天河二号”，开展了列车外形气动性能、车/隧道耦合压力波、列车送风系统等问题的数值模拟研究，以及对高性能系统计算能力要求极高的气动噪声模拟等计算，使高速列车数值计算的精度和效率均获得了大幅提升。
车/隧道耦合压力波研究
高铁线路中隧道众多，隧道内空间狭小，列车通过隧道的空气动力学效应不容忽视。
高速列车在进入、离开隧道的过程中，会在隧道内外产生复杂的压缩波、膨胀波，这些交替的波会对车辆、隧道以及周边建筑带来严重影响。研究团队在“天河二号”上开展了车/隧道耦合压力波研究，模拟了16车重联编组高速列车以300km/h车速在2公里隧道内交会等多个工况，网格数规模4000万以上。经过气动外形优化设计以及隧道缓冲结构的优化，合理降低了这些因素的影响，降低乃至消除了过隧道时乘客耳感不适等问题。
兰新线“百里风区”突破难关
我国西北地区“亚欧大陆桥”重要通道——兰新线上，其中有100公里左右的路段有常年大风，自然条件较为恶劣，每年大风天气达200天，最大风速超过30km/h，对行车安全造成较大威胁。科研团队在艰苦恶劣的条件下完成了100公里区域的实地地形测绘，并依托“天河二号”进行数值计算，分析风场的分布情况后，在兰新线沿线搭建了挡风墙，保障恶劣自然环境下兰新线高铁的运行安全，助力解决了“兰新线‘百里风区’行车安全”这一世界性难题。
乘员舒适性优化设计
当前轨道交通装备正由“功能性”设计向“生态性”、“友好性”设计转变，设计过程中在满足轨道交通装备固有功能基础之上，还注重从乘员舒适方面进行优化设计，如轨道交通列车气动噪声优化，以及车厢内部流场、温度场优化等。研究团队依托“天河二号”，采用大涡模拟方法完成了局部噪声数值模拟和整车噪声数值模拟，网格总数约6亿-10亿，气动噪声仿真结果与实验对比，误差在5%以内。基于“天河二号”，科研团队还完成了列车送风系统数值模拟，通过研究列车运行情况下的空调系统性能发挥、风道阻力和送风量、车内流场和温度场均匀性等，优化空调选型及风道设计，提高乘客舒适性。
据悉，高速磁浮、超高速“管道高铁”目前已开始研制。中国第二代高铁——“智能高铁”（集合大数据和AI等新技术）也在研发过程当中，预计将于2022年北京冬奥会期间，向来华的世界各国人民展示中国高速铁路的最新发展。“天河二号”将继续护航我国高速铁路和高端装备制造发展，相信在不久的将来，“中国速度”将再次让世界惊叹。
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