高速列車澆流及尾流特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著京津、武廣客運(yùn)專線相繼開(kāi)通,未來(lái)鐵路客運(yùn)超過(guò)350km／h已成為必然趨勢(shì),在高速列車速度不斷提升的同時(shí),各種空氣動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象更加突出,空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題已成為高速動(dòng)車組中關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。
　　 高速列車空氣動(dòng)力學(xué)中的繞流問(wèn)題,實(shí)際上就是復(fù)雜鈍體的繞流,伴隨流動(dòng)的分離再黏著以及湍流流動(dòng)尾流中不穩(wěn)定的渦結(jié)構(gòu)。作為鈍體繞流的基礎(chǔ)算例驗(yàn)證,本文首先對(duì)二維層流不穩(wěn)定圓柱繞流進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,對(duì)STAR-CD軟件模擬層流流動(dòng)有了初步的研究。

2、其次,研究了二維類山體的流動(dòng),其中采用高雷諾數(shù)k-ε模型結(jié)合壁面函數(shù)法以及雷諾應(yīng)力模型,并且對(duì)兩種湍流模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。類山體的幾何外形非常接近CRH3列車頂部的空調(diào)導(dǎo)流罩部分,因此,類山體的流動(dòng)分析為ICE2以及CRH3列車的湍流計(jì)算提供了最基本的方法及經(jīng)驗(yàn)。
　　 在模擬旋成體高速列車模型時(shí),同樣用高雷諾數(shù) k-ε模型進(jìn)行了偏航角90°的橫風(fēng)模擬,得出車體表面的壓力系數(shù),與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比后吻合的比較好。通過(guò)后處理軟件,

3、很清晰的顯示了車體表面流線的分布以及尾流區(qū)渦核的位置。在商業(yè)軟件STAR-CD的平臺(tái)上驗(yàn)證了計(jì)算方法的合理性。其次對(duì)簡(jiǎn)化的ICE2車體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了偏航角30°的繞流數(shù)值模擬分析,得到了車體三個(gè)方向的受力系數(shù)以及車體表面的壓力系數(shù),分析了流場(chǎng)的特征,計(jì)算結(jié)果可信。通過(guò)與文獻(xiàn)對(duì)比,再次在商業(yè)軟件STAR-CD的平臺(tái)上驗(yàn)證了計(jì)算方法的合理性。
　　 鑒于CRH3列車模型的幾何形狀非常的復(fù)雜,用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分存在一定的難度,所以目

4、前國(guó)內(nèi)采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來(lái)模擬CRH3高速列車的研究非常少。本文的創(chuàng)新點(diǎn)就在于采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來(lái)劃分CRH3列車模型,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在計(jì)算成本上要遠(yuǎn)小于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,并且在模擬三維分離流動(dòng)有一定的優(yōu)勢(shì)。在模擬旋成體高速列車模型和簡(jiǎn)化ICE2車體的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)CRH3高速動(dòng)車組1:1實(shí)車三節(jié)車全車模型進(jìn)行了偏航角為0°,30°以及90°的數(shù)值模擬。其中湍流模型采用高雷諾數(shù)k-ε占線性模型對(duì)CRH3高速動(dòng)車組進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了流場(chǎng)分布特征、列車