横風の数値シミュレーション

横風を受ける車両周りの流れを再現するための流体解析手法の開発を行っています。

1.自然風を模擬した流れの数値シミュレーション

築堤や車両に接近する自然風を模擬できる流体解析プログラムの開発を行っています。乱流境界層が流入する築堤上の流れの数値シミュレーションを行い、風洞実験で測定された流れ場をほぼ再現できることを確認しました(動画1)。

動画1 乱流境界層中の築堤上の流れのシミュレーション
<風速ベクトルの動画(赤:高速、青:低速)>

2.横風を受ける走行車両周りの流れの数値シミュレーション

形状を単純化した走行車両周りの流れの数値シミュレーションを行い、走行車両模型で測定された車体表面圧力分布の再現を確認するとともに、車両に生じる空気力における走行の影響を検討しました。また、走行車両が無風地帯から強風地帯に突入するという過渡的状況の流れの数値シミュレーションを行い、走行車両模型で測定された車体表面圧力分布の時系列波形を概ね再現できることを確認しました(動画2)。

動画2 横風を受ける走行車両周りの流れのシミュレーション
<圧力分布の動画(赤:高圧、青:低圧)>

3.横風空力特性を調べる風洞実験を再現する流れの数値シミュレーション

横風空力特性を調べるための風洞実験を補完することを目的に、横風風洞実験で用いる車両模型形状を対象とした流れの数値シミュレーションを進めています(図1、図2)。数値シミュレーションは、風洞実験を補完する手段としての利用が期待されるとともに、将来的には、風洞実験で模擬することが難しい条件に対して、現象にたいする知見を得るためのツールとしての利用も期待されます。

図1 横風風洞実験を再現する流れのシミュレーション
(渦構造の可視化)
図2 横風風洞実験を再現する流れのシミュレーション
(時間平均圧力分布)

参考文献

  1. 中出孝次、黒岩奈保、野口雄平:LESによる鉄道車両の横風空力特性シミュレーション、第28回数値流体力学シンポジウム、2014
  2. 中出孝次、鈴木昌弘:急激に増速する横風を受ける鉄道車両周りの流れの数値シミュレーション、日本機械学会第16回鉄道技術連合シンポジウム講演論文集、pp.637-638、2009
PAGE TOP