Estudi de la resistència a lavanç dels perfils aerodinàmics dels trens d'alta velocitat AVE

Abstract

Una de les vies de recerca en l’àmbit de la innovació de l’alta velocitat és la millora de les prestacions aerodinàmiques dels trens per augmentar-ne la velocitat. El present projecte té com a objectiu realitzar un estudi aerodinàmic tridimensional de diferents trens d’alta velocitat de l’Estat espanyol, a fi d’establir quin és el disseny que minimitza la resistència a l’avanç i les inestabilitats degudes al flux d’aire frontal durant la circulació. D’aquesta manera es redueixen les pèrdues de potència i s’augmenta l’eficiència. S’estudien dos dels quatre models de tren actualment en circulació; la sèrie 102 i la sèrie 103. De cadascun dels dos models s’estudien dos combinacions de compartiments, una finalitzada amb un vagó de passatgers i una altra finalitzada amb una locomotora. L’anàlisi es realitza mitjançant simulacions, per cadascun dels models i combinacions, amb el programari de dinàmica computacional de fluids ANSYS CFX. El rang de velocitats simulades és entre 250 km/h i 350 km/h. La metodologia emprada consta de dues etapes. En la primera etapa es realitzen simulacions bidimensionals del perfil del tren en vista lateral per tal d’obtenir uns resultats preliminars. En la segona etapa, adequant-se a aquest resultats, es realitzen les simulacions tridimensionals. La metodologia de les simulacions tridimensionals consta de tres fases; preprocés, solució i postprocés. Al preprocés es crea la geometria tridimensional del domini de la simulació mitjançant els programaris de disseny assistit Solidworks i SketchUp, es discretitza el domini en una malla i es defineixen les condicions de contorn. Durant la solució es monitoritza el coeficient de resistència a l’avanç per tal de comprovar la convergència de la solució. Finalment al postprocés s’analitzen els resultats de velocitat, pressió i força en la direcció d’avanç a partir de gràfics de contorn i vectorials. Els resultats obtinguts mostren que la combinació que presenta un menor deixant, i per tant menors inestabilitats, és la que acaba amb una locomotora, front la que acaba amb vagó de passatgers. El disseny que confereix la millor aerodinàmica és el corresponent a la sèrie 103. És una geometria continua de pendent progressiu que minimitza la resistència a l’avanç i el deixant amb un CD (coeficient de resistència a l’avanç) de 0,200. Això li confereix unes pèrdues de potència tractora un 26% menors a la sèrie 102 i major estabilitat en la circulació