高速列车经过路边建筑时的非定常湍流绕流数值模拟研究

高速列车经过路边建筑物时，由列车高速运动引发的列车与建筑物之间湍流绕流流动是一个十分复杂的非定常具有相对移动边界的湍流绕流问题，本文采用非定常湍流模型ｋ－ε双方程和Ｊｏｈｎｓｏｎ－Ｌａｕｎｄｅｒ壁面修正方法，利用协变速度分量为独立变量，采用曲线坐标系和交错网格系统，对这一复杂的流动现象进行数值模拟研究，初步的计算结果表明，本文的研究方法对解决这一问题是较为成功的，为进一步解决高速列车空气动力学问题     

武汉站高速列车过站列车风的数值模拟研究

应用商业软件fluent对武汉站高速列车过站的列车风进行了数值模拟,计算结果显示列车风的影响主要集中在头部和尾部,头部的列车风侧向影响范围比尾部大,列车风侧向影响范围最大处出现在头部顶端.头部列车风侧向影响范围随列车速度增大而增大.与明线实车测试结果进行对比,列车风的侧向分布数值计算结果和实测结果具有较好的一致性.     

高速列车通过隧道的三维数值模拟

通过有限体积法求解三维可压缩Navier Stokes方程,对高速列车突入隧道所引起的瞬变压力场进行数值模拟。采用低存储、低耗散和低弥散的龙格 库塔法(简称LDDRK法)对方程进行高精度的显式双时间步长离散,使用条件化预处理和人工压缩相结合的方法消除了低马赫数时在方程中所产生的"刚性",并改善了方程的收敛速度。采用分区重叠网格和滑移界面对流场进行离散,同时使用"挖洞技术"和三线性插值以进行各区域之间的信息传递,从而较好地解决了运动物体问题(单或多个运动物体均可)和各区域之间的藕合问题。     

风雨联合作用下高速列车受力数值模拟

采用双方程湍流模型和离散相模型相结合的方法,对不同降雨强度、横风风速和车速下高速运动车辆周围的流场进行研究。研究结果表明:在横风作用下,下落的雨滴与高速运行的列车发生碰撞,雨滴飞溅、改变了车身表面的粗糙度和不平整性,导致车辆运行横向力、升力和倾覆力矩均随着车速、风速和降雨强度的增大逐渐变大;伴随着降雨过程的强横风作用,车辆所受的气动载荷与强横风的单独作用情况下相比稍微增加。     

高速列车湍流流场数值仿真计算探讨

以可压缩粘性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型为基础，对流场网格的划分进行了研究，利用STARCD软件对干线客运列车进行了气动分析并进行比较，为今后进一步优化高速列车外形提供了可供参照的研究方法和工具。     

高速列车在桥梁上行驶时空气动力特性的数值模拟研究

利用国际上通用的流体力学计算软件FLUENT作为研究工具,对高速列车在地面和桥梁两种行驶状态下的外部流场进行了数值模拟,分析桥梁的存在及其特征尺寸对列车气动力的重要影响。通过比较列车在不同高度、不同宽度及不同横截面形状桥梁上行驶时的气动力情况,得出针对本文选定的桥梁设计方案,桥梁的存在增大了列车倾覆危险性的结论;同时发现存在一个最危险桥梁宽度,此时列车尾部抬升和倾覆的危险最大,而当桥梁宽度增大到一定数值后,桥梁的存在将不影响列车受力;另外肯定了桥梁横截面形状接近流线型对改善列车受力有积极作用。     

高速列车舱内气流分布的数值模拟

高速列车的高密闭性要求空调座舱满足驾驶员和旅客的热舒适性要求，而传统的舱内通风设计依赖自由射流的经验公式，确定座舱内温度场和速度场的方法，因无法考虑送排风气流和室内障碍物的影响，通风设计很大程度上依赖于模型实验。本文对旅客车厢采用传统的有限差分法，将送排风气流与车厢形状及座椅作为一体来考虑，通过计算机来模拟车厢内温度场和速度场，以及确定出送风速度和送风温差；对驾驶室，根据高速列车机车形状，采用体贴     

高架桥影响高速列车气动特性的数值模拟分析

高架桥结构在高速铁路建设中被大量采用.开展行驶在高架桥上的高速列车空气动力特性研究,对保证列车运行的安全、舒适、环保具有重要意义.采用计算流体力学方法,对双线高架桥因高度变化影响列车的气动特性进行数值研究,通过合理划分网格、选取合适的湍流模型、设置正确的边界条件提高数值计算精度.     

高速列车气动特性分析技术及其发展

发展高速列车已成为许多国家的重要工程项目之一，随着速度的增加，高速列车空气动力学问题显露出来，需要加强对气动特性的分析，本文在阐明风洞试验与数值模拟的优劣之后，强调这两种分析技术的整体效应和相互校正作用，随后重点研究归纳了数值模拟了技术的计算模型，边界条件以及分析流程图，最后提出了建议。     

高速空调列车内气流组织的大涡模拟

高速空调列车车厢内气流的温度场和速度场研究是空调列车内气流组织设计的重要基础,也是空调车内舒适环境评价的依据.考虑到高速列车车厢内复杂的几何结构、数值模拟的边界条件以及空气流场的湍流特性,本文采用湍流大涡模拟方法对高速列车车厢内空气流动与热质传递过程建立了数学模型,采用有限容积法进行区域离散,应用均匀六面体网格划分车厢,并在同位网格的基础上采用SIMPLEX算法,考虑车内座椅、行李架等障碍物以及车体各壁面辐射、车窗热流、乘客散热和高速列车运行特性等因素的影响,对高速列车车厢内空气流场和温度场进行数值模拟.其结果对高速列车的空调效果及车内舒适环境的优化提供了依据.     

基于数值模拟计算的A型动车组围护结构传热系数优化计算

运用数值模拟的方法对A型动车组各典型断面进行传热分析,并计算了车体围护结构的传热系数及各断面的权重。由计算结果可知,空调车厢有窗断面的权重传热系数最大,空调车厢有门断面及受电弓处有门断面的权重传热系数较大。分析了权重传热系数大的原因,提出采用热导率较小的玻璃、并适当增大双层玻璃中空气层厚度等措施来提高窗户处的保温性,提出车门框架采用热导率更小的材料来改善车门处的保温性,并提出增大受电弓处的车厢顶部保温层厚度来增强保温效果。     

具有横风效应的磁浮列车湍流外流场特性数值计算

采用有限容积法对磁浮列车以500 km/h的速度运行、受10~40 m/s的横向自然风作用下的外流场特性进行了详尽的计算分析,得到了列车顶部和侧面不同位置的速度和压力分布特性以及列车的尾流特性。结果表明:列车上部及背风侧面的速度及压力波动均随着自然风速的增加而增大,并且列车尾涡中心也由于受自然风的影响而沿着自然风的方向偏转,而自然风对迎风侧的压力波动影响较小。     

地铁列车车头外流场的数值仿真分析

随着地铁列车的速度不断提高,其空气动力性能也显得越来越重要。提出并建立地铁列车车头外流场计算模型,运用列车空气动力学原理并借助流体分析软件CFX对计算模型进行了仿真计算。根据计算结果,分析比较了各模型的外流场、压力场的分布,得出具有良好气动性能的车头外形设计参数,可供地铁列车外形设计作参考。     

高速列车牵引传动系统综合仿真平台的分析与设计

本文介绍CRH2型高速列车牵引传动系统结构和工作原理,对基于多学科协同仿真的高速列车综合仿真平台进行分析和研究。利用支持UML的Rational Rose工具进行完整的系统需求分析,介绍仿真平台的组成及各部分功能,提出基于HLA-RTI和反射内存网的混合网络系统架构,并基于该平台对CRH2型高速列车进行综合仿真试验,验证仿真平台的有效性。     

侧风风场特征对高速列车气动性能作用的研究

侧风风场特征,如均匀风和大气底层边界速度型对高速列车在侧风环境下运行的安全性评估有直接影响.为了准确地评估侧风对在平原上运行的高速列车的影响,基于三维定常可压缩流动的NS方程,采用SSTk-ω两方程湍流模型和有限体积法,对时速350 km的动车组在均匀风和大气底层边界速度型风场中的流场和气动力特性分别进行了数值模拟计算和分析.结果表明:对在平原上运行的高速列车而言,作用于列车的气动升力、侧向力及倾覆力矩均随侧风风向角的增大而迅速增大;当风场为大气底层边界速度型时,列车顶部与底部及两个侧面的压力差小于风场为均匀风时的压力差,侧向力及倾覆力矩均小于风场为均匀风时的力及力矩,升力则随侧风风向角的增加具有不确定性.采用均匀风场评估高速列车在平原侧风环境中运行的安全性,会高估侧风对列车运行安全影响的风险,使得过低地限制列车的安全行驶速度,从而影响列车的正常运行效率.建议采用大气底层边界速度型风场进行评估.     

基于仿生学的高速列车减阻机理数值模拟

鲨鱼皮的盾鳞形沟槽形状是鲨鱼保持高速前行的关键。将鲨鱼皮表面沟槽结构应用到高速列车领域,采用格子Boltzmann方法模拟了盾鳞形沟槽表面对流动阻力的影响,根据模拟结果计算阻力损失系数,并与光滑表面阻力损失系数进行对比分析,得到不同雷诺数下的沟槽表面减阻能力。根据盾鳞形沟槽表面内流线图分析了沟槽的减阻机理。     

高速列车突入隧道时的三维非定常流的数值模拟

给出高速列车突入隧道形成压力波的三维粘性流场数值模拟过程,控制方程三维粘性、可压缩、不等熵、非定常流的Navier Stokes方程。空间离散采用中心有限体积法格式,时间采用预处理二阶精度多步后差分格式进行离散,对列车与隧道之间的相对运动采用滑动网格技术。真实地描述列车进入隧道所形成压缩波的过程。计算结果与国内外的试验结果相符。计算结果表明:隧道内的压缩波呈现三维特性;同一断面上的压力变化的差异性与列车的运行方式有关。     

高速列车车头的气动噪声数值分析

随着列车运行速度的提高,列车气动噪声变得越来越明显,降低气动噪声已成为控制高速列车噪声的关键之一。本文对高速列车车头气动噪声进行数值分析。首先,建立高速列车三维绕流流场的数学物理模型,分别利用标准k-ε湍流模型和大涡模拟计算高速列车的外部稳态和瞬态流场。然后,基于稳态流场,利用宽频带噪声源模型计算高速列车车身表面气动噪声源;基于瞬态流场,分析车身表面脉动压力的时域及频域特性;利用Lighthill声学比拟理论,计算高速列车远场气动噪声,分析远场气动噪声的时域及频域特性。本文对研究和控制高速列车气动噪声具有一定意义。     

高速列车火灾疏散性能研究

针对高速列车火灾逃生通道狭小的特点,首先利用Pyrosim仿真软件结合真实燃烧试验所得的材料参数,进行了列车的火灾仿真。通过火势扩散程度、温度、热流量和烟层高度变化,确定了火灾状况下列车内乘客的极限逃生时间。然后通过人群疏散演练试验,并用Pathfinder软件对疏散情况仿真建模,确定了人群实际的疏散逃生时间。在列车中部起火后,引导疏散方案与自由疏散方案均能满足仿真所得的极限逃生时间要求,但引导疏散方案的效率更高。通过对整列列车的轨道面疏散仿真发现,若配有逃生梯的车厢起火,应及时将逃生梯转移,以大幅提高疏散效率。