1：入口边界条件：列车和侧风合成速度人口；
2：出口边界条件：自由出流；
3：列车表面边界条件：固体壁面边界；
4：地面与挡风墙边界条件：相对列车的速度为反方向的列车运行速度。
2 计算结果分析
为便于分析列车受气动力作用后的偏转趋势，对列车气动力和气动力矩在直角坐标系中进行分解，从头车指向尾车方向为z 方向，竖直向上的从地面指向天空的方向为y 方向，水平面上与列车运行方向垂直的方向为x 方向。形成x 方向侧向力、y 方向升浮力、z 方向阻力。为了研究侧风对列车倾覆危险性的影响，对列车细分成的15 个小节的每一小节，都以背风侧钢轨的中点为原点，对列车的每一小节以各自的原点分别取矩。得到对x 轴的仰俯力矩、对y 轴的侧偏力矩、对z 轴的侧倾力矩。
x 方向侧向力是影响列车运行安全的重要因素。该力越大，列车侧向危险性越大。y 方向升浮力是影响列车稳定性的重要因素，该力越大，列车漂浮感越大，稳定性越小。z 方向阻力对列车运行安全影响较小。x 轴的仰俯力矩对列车的影响较小，因为列车重力较大，通过仰头翻的可能性较小。y 轴的侧偏力矩对列车稍有影响，它会导致列车因为扭头出轨发生危险。z 轴的侧倾力矩对列车影响最大。侧倾力矩过大直接导致列车翻车。为了避免侧倾力矩过大造成危险。应该对该项参数进行重点分析。
首先我们分析无挡风墙时的列车气动力情况。车速保持75m/s（即270 公里每小时的高速列车）不变。在风速为40m/s 时，列车受到的z 轴的侧倾力矩。当风向角确定时，侧倾力矩沿车身方向的变化规律为：在第1 小节侧倾力矩较小，第2 小节侧倾力矩最大，从头车第3 小节到尾车第13 小节侧倾力矩比较平稳。第14，15小节侧倾力矩急剧减小。列车气动力矩随风向角的变化为：随着风向角从0°到90°的增大，侧倾力矩逐渐增大，风向角在90°的时候达到最大。随着方向角从90°到180°的增大，侧倾力矩逐渐减小。侧倾力矩是列车安全运行最值得关注的因素。如何防止因为侧倾力矩过高而发生危险是改善列车运行环境的主题。由图中我们发现在头车第1 小节与尾车第15 小节，侧倾力矩不如车身处大，不是发生危险的主要部分。而第2 小节是列车因为侧倾力矩过大发生危险最有可能的地方。通过现有的办法，使之减小，是使列车运行安全的有效办法。沿着车身方向，侧倾力矩比较平稳，如何使这个沿着车身方向稳定的侧倾力矩减小也是使列车运行安全的主要因素。
下面我们模拟了实心的挡风墙对列车的防护效果。为高速列车在实心挡风墙防护下的z 轴侧倾力矩。对比无挡风墙时列车z 轴侧倾力矩发现：侧倾力矩沿车身方向有一样的变化规律，即头车第2 小节最大，侧倾力矩沿车身方向变化平稳。侧倾力矩在尾车第15 小节处随着列车形状的差异变化很大。不具有代表意义。车身依然是我们研究列车安全的重点。在无挡风墙时侧倾力矩最大的小节为17.5×104Nm。加挡风墙以后侧倾力矩在车身处仅有2.2×104Nm。侧倾力矩减小到了八分之一以下。侧倾力矩是列车发生危险的最主要因素。如何降低它一直是研究列车安全运行的关键。侧倾力矩主要是由来流直接作用在车体表面，使得列车受来流一侧的力过大造成的。还有就是来流对列车进行绕流以后，使得列车产生升浮力后失去稳定性。加挡风墙以后，来流先冲击到挡风墙，在挡风墙后形成一个大大的涡旋，列车在其中没有与流体的激烈碰撞与突变。受到了很好的保护。修建挡风墙对列车的运行安全有非常好的防护效果。因此，在列车的防风研究中，挡风墙一直发挥着不可替代的作用。
挡风墙的高度、厚度、距离列车的位置同行的科研成果中已给出最合理的优化。本文也是选取的防风效果最好的挡风墙。在挡风墙的高度、厚度、距离列车的位置都固定的前提下，在挡风墙内部有规律的挖出来一些缝隙。我们叫它为挡风墙的疏透度。通过这些缝隙来改变流场，使得原来来流作用在挡风墙上，在后面所形成的大大的涡旋，改变成有规律的细小平稳的涡旋，使得来流对列车所造成的危险降到更低。使得列车的运行更加安全。这个想法是否存在合理性，我们下面的工作正是去验证它。以此为出发点，我们把原来的实心挡风墙修建成了有疏透度的挡风墙。疏透度为缝隙的空间与原来实心挡风墙空间的比例。我们做了5%挡风墙、10%挡风墙、20%挡风墙、25%挡风墙、30%挡风墙、35%挡风墙、40%挡风墙。为了做比较，我们把原来的实心挡风墙，即没有挖缝的挡风墙叫做疏透度为0%的挡风墙。我们把风向角固定在90°，因为在无挡风墙时，风向角90°时，列车最危险。我们做挡风墙的目的就是降低危险。所以我们取有代表性的90°风向角进行研究。一样道理，风速越大越危险。我们去通常情况下自然风速的最大值40m/s。只把挡风墙的疏透度为变量。首先对头车第2 小节进行分析。因为在头车第2 小节，侧倾力矩是最大的，这里最容易发生危险。研究头车第2 小节的侧倾力矩在不同疏透度挡风墙的变化规律很有代表意义。给出了规律的曲线图。x 轴表示的是挡风墙的疏透度，y 轴表示头车第2小节侧倾力矩的具体指。由于发现在挡风墙疏透度为10%的时候，头车第2 小节侧倾力矩有明显下降，因此我们对7%，9%，10.5%，11%，13%疏透度的挡风墙进行了补充模拟。由图我们发现随着挡风墙疏透度的增大，第2 小节的侧倾力矩不是单调增加的，而是在7%疏透度的时候有了第一次降低，在10%疏透度的时候有了第二次降低。而且降低到比0%挡风墙即实心挡风墙时侧倾力矩更低。这就证明了挡风墙在一定的疏透度下，比实心的挡风墙防风效果更好的理论。这就使得挡风墙对高速列车防风研究中提供了新了思考。即当挡风墙有了一个合理的疏透度以后，不仅可以节约耗材，而且防风效果还能更好。
头车第2 小节是最容易发生危险的地方，接下来我们对中间车的第7，第8，第9 小节进行分析。因为沿车身方向z 轴侧倾力矩没有太大变化，比较平稳。因此对中间车的三节进行分析对z 轴侧倾力矩沿车身方向的变化规律有代表意义。为各种疏透度挡风墙防护下的中间车第7 小节z 轴侧倾力矩。侧倾力矩在5%疏透度的时候有第一次降低，在9%疏透度的时候有第二次降低。这与头车第2 小节侧倾力矩随挡风墙疏透度的变化情况不一致。这说明随着挡风墙疏透度的增加，在头车与中间车z 轴侧倾力矩不是同时达到最小值。不过这没关系。我们会找到一个最佳的疏透度，使得这时的挡风墙对列车在整体上防护效果最好。当挡风墙的疏透度在超过15%以后，侧倾力矩随着疏透度的增加而单调增加。
各种疏透度挡风墙防护下的中间车第8 小节z 轴侧倾力矩。侧倾力矩在第8 小节的具体数值上与在第7 小节上的很接近，侧倾力矩在第8 小节上随挡风墙疏透度的变化规律与第7 小节上的大致相仿。在疏透度为10%的时候有唯一一次降低，也是在疏透度超过15%后，侧倾力矩单调增加。
各种疏透度挡风墙防护下的中间车第9 小节z 轴侧倾力矩。在具体数值上，侧倾力矩在第9 小节与第7、8 小节的都很接近。不过侧倾力矩随着挡风墙疏透度的变化很有规律性。侧倾力矩从0%疏透度到7%疏透度逐渐增加，到了9%疏透度开始降低，到10%疏透度的时候达到最低。而且低于0%疏透度。此时的列车第9 小节最安全。疏透度超过10%以后，侧倾力矩开始逐渐增加。从下图发现，在10%疏透度时，侧倾力矩有明显的降低。综合列车第2、7、8、9 小节。我们发现了共同的规律就是在当挡风墙疏透度为10%的时候，这些小节的侧倾力矩都比实心挡风墙的侧倾力矩更低。整体上来看，10%疏透度的挡风墙达到了各个小节侧倾力矩最合理的优化。此时的列车整体上最安全。
侧风在经过挡风墙之后，在列车周围形成了大大的涡旋，列车被包围在涡旋当中，列车顶部流体流速比较大，侧面流速比较小，列车在涡旋作用下，虽然比流体直接作用在列车上安全。但是涡旋里面流体环绕着列车运动，涡旋越大，流体的流速也越大。列车在其中运行，流体对列车的气动力和气动力矩也就越大。当挡风墙有5%的疏透度以后，流体大部分还是绕过挡风墙后在列车周围形成涡旋。由于有一小部分流体从挡风墙的缝隙流过，因此绕过挡风墙在列车周围形成涡旋的流体一定减少。因此涡旋也会变小。而且从缝隙中流过的流体会对形成涡旋的流场进行冲击，使流场趋于平稳和稳定。这个时候，列车处在相对侧向流速不大，流场平稳的环境中。其运行的安全性增大。挡风墙的疏透度由5%增大到10%后，随着从挡风墙缝隙中流过的流体的增多，流过挡风墙后，环绕列车的流体进一步减少。在列车周围会形成减弱了的涡旋，但从挡风墙缝隙中流过的流体是方向垂直于列车的平稳的流体。平稳的流体会使得旋转的涡旋流体变得平稳，涡旋中旋转的流体会使得垂直于列车的流体变得环绕着列车。二者共同作用的结果使得列车周围流场变成了速度小、沿着车身方向的均匀的流场。在这种流场是列车运行的最佳流场。这个最佳流场的存在说明了，当疏透度再大一些，透过挡风墙缝隙的来流流场成为主流，当疏透度再小一点，绕过挡风墙在列车周围形成涡旋的流场成为主流。正是这个最佳流场的存在，使得挡风墙疏透度优化的过程中存在一个值。使得列车的运行安全系数最高。综合头车、中间车和尾车的侧倾力矩随挡风墙疏透度的变化规律。发现挡风墙疏透度为10%的时候，列车整体的安全性达到了一个最大值。这个时候的挡风墙对列车的防护效果比其他疏透度的挡风墙都好，甚至比实心的挡风墙更好。
3 结
