高速列车湍流绕流三维数值模拟研究

本文在般曲线坐标系下，采用Ｋ－ε双方程模型及壁面控制函数，借助于代数变换建立起以协变速度分量为独立变量的三维复杂钝体湍流绕流数值计算方法，建立了一套适合于近地大长细比复杂几何体的三维网格生成与控制方法，同时采用交错网格，成功地解决了压力－速度耦合关系。首次对高速列车三维湍流绕流场压力分布、速度分布以及气动阻力进行研究。本文的研究工作对进一步解决近地大长细比复杂几何体湍流绕流数值模拟是一个良好的开端     

高速列车隧道会车压力波的数值模拟

采用一维可压缩不等熵非定常流体流动理论的和广义黎曼变量特征线法发展了高速列车在隧道内会车所引起的隧道内空气压力瞬变的数值方法，并根据该方法计算、列车隧道内三种不同位置的会车压力波瞬变规律，结果表明，该方法可作为我国高速铁路单复线隧道设计参数选择的研究，为今后进一步研究隧道内会车引起乘客舒适性等问题提供基础和依据。     

随机侧风下桥塔区域中高速列车气动特性分析

为研究随机侧风下桥塔遮风对列车气动特性的影响,建立了某型车-桥系统的三维气动仿真模型。从压力和涡量角度对比分析了恒定侧风和不同平均风速的随机侧风下列车周围的流场变化,分析了随机侧风下列车在桥塔环境中的气动特性。结果表明：风模型的改变对列车表面及周围气动压力变化影响十分有限,风模型变化对涡量的影响明显;随机侧风下头车附近最大涡量是恒定侧风下的4倍,且最大涡量呈指数型增长,平均风速越快,列车附近空气流动形成的旋涡越多,旋涡数量增加的速度也越快。平均风速相同时,随机侧风对列车气动载荷影响更大,且随着平均风速的增大,气动载荷变化剧烈程度加大,不同类型气动载荷增加幅度不同。     

高速列车作用在跨线天桥上风压力的数值模拟

列车风载是临近高速铁路建筑物设计和确定相关建筑限界必须考虑的重要问题.采用三维不可压缩势流模型和面元法,对高速列车通过时作用在跨线天桥表面上的气动压力进行了数值计算.结果表明,高速列车通过时跨线天桥表面受到空气压力波的作用,压力系数的波动范围为-0.135～0.095.文中还分析了跨线天桥上压力分布的基本特征.     

高速列车进入隧道的气动作用数值模拟

为了寻求减小气动作用的方法,基于三维非稳态粘性流的雷诺平均Navier—Storkes方程及两方程紊流模型,采用包含移动网格技术的计算流体力学方法,对高速列车进入隧道的气动作用进行了动态数值模拟;计算了2种车型（ICE和新干线300系）、5种车速（200,250,300,350和400km／h）和5种隧道断面尺寸的列车-隧道流场,获得了隧道内压力和列车气动阻力的变化趋势,并分析了列车速度、阻塞比、车头形状和线路状况等因素的影响．研究表明,列车速度和阻塞比对气动作用的影响具有一定规律．     

具有地面效应的高速列车湍流绕流数值模拟研究

利用数值模拟方法，研究了考虑地面效应和不考虑地面效应的高速列车湍流绕流之间差别，并利用风洞试验进行了验证。应用改进的曲线网格系统和计算程序Ｔｒａｉｎ，对高速列车绕流流场进行了较为精确的数值模拟。从计算结果分析看出，考虑地面效应的阻力系数比未考虑地面效应的阻力系数增加１５％，使计算精度从７５％增加到８５％。     

明线上高速列车会车压力波的数值模拟

本文根据明线上高速列车绕流场的特点，建立会车压力波计算模型，介绍用Ｐａｎｅｌ法计算的过程和计算中一些问题的处理方法，提出一种粘性修正的简单方法。并以一种研究中的高速列车为模型，计算了不同线间距下的会车压力波。     

高速列车优化外形的数值分析

本文利用作者博士研究生期间提出的三维钝体湍流绕流数值计算方法和计算程序，在国内首次对高速列车头型及车体横截面优化进行数值模拟研究，了解流线型头型各几何参数与形阻关系以及横截面各几何参数对横风下列车稳定性、安全性的影响。为京沪线高速列车推荐出综合考虑气动阻力、压力波特性的最佳头型，计算结果与西南交通大学ＸＮＪＤ－１风洞试验结果吻合很好。     

隧道内高速列车会车压力波的数值模拟方法

首次根据一维、可压缩、不等熵非定常流体流动理论以及广义黎曼变量特征线法发展了高速列车在隧道内会车所引起的隧道内空气压力瞬变的数值方法。验证计算表明：本文所提出的隧道内会车压力波计算方法是合理可行的。可为今后进一步研究高速列车隧道内会车压力波提供基础。     

高速列车气动噪声数值仿真

建立了高速列车组包括头车、中间车、尾车及外部空间在内的气动噪声计算物理模型,从声学理论出发,结合列车实际运行的边界条件,运用以稳态结果作为初始值进行瞬态计算,预测了高速列车气动噪声,并对采用直接瞬态法计算气动噪声的可行性进行了分析计算.研究结果表明气动噪声分布于很宽的频带内,无明显的主频,属于宽频噪声.在低频中气动噪声...     

高速列车气动噪声仿真与试验对比分析

通过Actran建立某高速列车1∶8缩尺比例的三辆编组的列车气动噪声CFD/CAA混合数值分析模型,模拟列车在250 km/h运行速度下外气动湍流噪声,分析结果表明,车外气动噪声在车头、受电弓、转向架处较大,且主要集中在500~2 000 Hz频率范围内.并将仿真分析结果与相应1∶8缩尺比例的列车模型在声学风洞中的气动噪声试验结果数据进行对比分析,仿真数据与试验数据基本吻合,仿真分析结果可以为新车型设计与改进提供可靠的数据.     

磁悬浮列车横风稳定性的数值分析

利用二维定常不可压缩Navier-Stokes方程、K-E两方程紊流模型,采用有限体积法分析计算了不同车轨结构的磁浮列车横风稳定性,并与轮轨型列车的横风稳定性作了比较。数值分析结果表明,在横向风的作用下,轮轨型列车的横向稳定性优于磁浮列车,而吸力型磁浮列车的横向稳定性又优于U型线路斥力型磁浮列车。     

横风中高速列车以及桥梁的气动特性研究

运用通用的流体动力学软件FLUENT,利用二维定常不可压缩Navier-Stokes方程、SST湍流模型,采用有限体积法分析计算了车辆断面、32 m箱型简支梁桥断面以及两者组合体在15 m/s横风作用下受到的阻力、升力和倾覆力矩系数。数值分析结果表明,在横向风的作用下,发现车辆在简支梁桥上时,车辆受到的升力系数大于车辆单体的情况,倾覆力距系数明显小于车辆单体情况,而此时简支梁桥的升力系数明显小于简支梁桥单体情况。     

高速动车组空调系统数值仿真及引入UIC标准的评价

为分析某高速动车组头车车厢空调通风系统性能,基于CFD数值仿真技术对该车空调通风系统模型进行数值计算.为评价数值计算结果,引入UIC-553标准,分析标准测点的温度值和速度值,证明该车空调通风系统设计合理,满足人体舒适性要求.同时,将该空调系统的设计理念推广到国内其它客车的空调通风系统的设计过程中是很有意义的.     

都市快轨列车圆形与矩形隧道运行气动特性数值分析

基于连续性方程Reynolds时均Navier-Stokes方程以及RNG k-ε湍动能模型方程对都市快轨列车隧道运行的空气动力流场进行数值计算.研究在以160 km/h隧道运行速度分别通过圆形和矩形隧道的工况下,从列车进入隧道直至整车完全驶出隧道的空气阻力以及车体表面压力变化情况,并对圆形及矩形隧道流场特性进行对比.计算结果表明:列车在矩形隧道和圆形隧道运行过程中的最大阻力分别达到15 458.5 N和13 829.3 N,最大表面压力分别达到4252.3 Pa和3 815.8 Pa.在两种隧道中运行的列车阻力变化规律及列车表面压力变化规律相同,矩形隧道运行时列车的最大阻力与圆形隧道相比增加了14.3％,表面最大压力增加了l3.8％.     

普通列车和CRH_2型动车组制动力荷载分析

为研究CRH2型动车组制动力和普通重载列车制动力对桥梁结构的影响差异,依据动车组制动减速度特性曲线,计算整车制动力时程,为桥梁结构承受动车组制动力的动力分析研究打下基础。通过与重载列车制动力时程的对比,表明动车组整车制动力数值比重载列车制动力小很多,且停车前保持平稳,不具有普通重载列车的冲击特性。     

高速列车车头外形优化

针对高速列车气动性能,探讨一种列车车头外形优化仿真方法,利用优化软件Sculptor对某高速列车车头司机室观测窗处曲面进行重构,并运用流体数值仿真软件Fluent对重构模型进行数值模拟,计算结果显示,降低司机室观测窗处曲面的高度,有利于降低列车的气动阻力.     

高速列车紧急制动距离的探讨

通过对国内外高速列车紧急制动距离及紧急制动减速度的对比、计算、分析,提出我国高速列车制动初速为300 km/h时的紧急制动距离建议.     

高速列车座椅舒适度优化

为了提升高速列车乘坐舒适性,对CRH2犁高速列车座椅舒适度进行了问卷调查.根据调查结果、中国人体数据、座椅设计理论和人机工程学,用多元回归分析方法,确定了影响座椅舒适度的因素.提出了适合中国人体的座椅尺寸:靠背倾度100°～120°,椅背宽度不大于415 mm,椅背高度不低于729 mmm,头靠应距离座椅面?骀 700～859 mm.