高速列車澆流及尾流特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著京津、武廣客運專線相繼開通,未來鐵路客運超過350km／h已成為必然趨勢,在高速列車速度不斷提升的同時,各種空氣動力學(xué)現(xiàn)象更加突出,空氣動力學(xué)問題已成為高速動車組中關(guān)鍵的技術(shù)問題。
　　 高速列車空氣動力學(xué)中的繞流問題,實際上就是復(fù)雜鈍體的繞流,伴隨流動的分離再黏著以及湍流流動尾流中不穩(wěn)定的渦結(jié)構(gòu)。作為鈍體繞流的基礎(chǔ)算例驗證,本文首先對二維層流不穩(wěn)定圓柱繞流進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,對STAR-CD軟件模擬層流流動有了初步的研究。

2、其次,研究了二維類山體的流動,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,并且對兩種湍流模型的計算結(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,類山體的流動分析為ICE2以及CRH3列車的湍流計算提供了最基本的方法及經(jīng)驗。
　　 在模擬旋成體高速列車模型時,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),與實驗數(shù)據(jù)對比后吻合的比較好。通過后處理軟件,

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的平臺上驗證了計算方法的合理性。其次對簡化的ICE2車體實驗?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),分析了流場的特征,計算結(jié)果可信。通過與文獻(xiàn)對比,再次在商業(yè)軟件STAR-CD的平臺上驗證了計算方法的合理性。
　　 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、前國內(nèi)采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來模擬CRH3高速列車的研究非常少。本文的創(chuàng)新點就在于采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來劃分CRH3列車模型,結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在計算成本上要遠(yuǎn)小于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,并且在模擬三維分離流動有一定的優(yōu)勢。在模擬旋成體高速列車模型和簡化ICE2車體的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對CRH3高速動車組1:1實車三節(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CRH3高速動車組進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了流場分布特征、列車