高速列車隧道內(nèi)流場特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著列車速度的不斷提高,高速列車隧道空氣動(dòng)力學(xué)問題越來越重要。列車以較高速度在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)隧道內(nèi)流場發(fā)生劇烈變化,對(duì)列車的平穩(wěn)運(yùn)行、旅客舒適性以及隧道內(nèi)的工作人員均有很大影響。因此,對(duì)高速列車在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)引起的流場變化進(jìn)行深入研究具有重要意義。
　　 本文研究是基于有限體積法STAR-CD軟件以及塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,采用三維常物性定常不可壓縮流動(dòng)N-S方程的SIMPLE算法,對(duì)比國外典型模型試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)ICE2高速列車在側(cè)風(fēng)環(huán)境下的

2、空氣繞流進(jìn)行數(shù)值模擬網(wǎng)格獨(dú)立性研究。應(yīng)用二次非線性高雷諾數(shù)κ-ε模型和MARS差分格式,主要從優(yōu)化y+和改變網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量這兩大方面來進(jìn)行,后者為在流向或展向上增加、減少網(wǎng)格數(shù)。通過數(shù)值計(jì)算求解出的流場壓力分布、側(cè)向力系數(shù)及升力系數(shù)與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:當(dāng)y+取值為50時(shí)計(jì)算結(jié)果較好;在此基礎(chǔ)上,對(duì)網(wǎng)格增加或減少,計(jì)算結(jié)果表明,網(wǎng)格數(shù)在一定范圍內(nèi)其空氣動(dòng)力學(xué)系數(shù)偏差不大,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格獨(dú)立性。網(wǎng)格獨(dú)立性的實(shí)現(xiàn)為第四章研究隧道內(nèi)流動(dòng)

3、特性網(wǎng)格的劃分提供了依據(jù),為得到可信的計(jì)算結(jié)果提供保證。
　　 假定隧道無限長,對(duì)列車在隧道內(nèi)情形進(jìn)行數(shù)值模擬,通過處理典型隧道截面壓力云圖,清晰的展示出同一截面的壓力分布。通過處理車頭車尾處的壓力云圖得知,車頭車尾處靠近隧道壁一側(cè)壓力要比靠近隧道中心側(cè)壓力低,車頭、車尾與平直車體連接處負(fù)壓較大,存在流動(dòng)分離。通過取得典型截面流線圖得知,渦旋在車頭與平直車體連接處生成,沿著平直車體方向逐漸發(fā)展、耗散直至在車尾與平直車體連接處附近

4、消失。通過對(duì)比IT模型和OTI模型的計(jì)算結(jié)果,在車頭與車尾周圍壓力場的壓力分布基本一致,壓力值存在一定差異。通過分析非定常流動(dòng)計(jì)算得知,在列車頭、尾部,列車左右壓力存在壓差且壓差周期性變化,因此當(dāng)壓差增大時(shí),在車頭、車尾部會(huì)引起列車橫向擺動(dòng)。
　　 本文通過處理典型截面壓力云圖、流線圖、車體表面壓力云圖以及Cp值,結(jié)合流體力學(xué)知識(shí)解釋列車在隧道內(nèi)流場的流動(dòng)特征。通過詳細(xì)取得典型截面流線圖使得對(duì)渦旋的產(chǎn)生、發(fā)展以及耗散有了進(jìn)一步認(rèn)