隧道内高速列车外部非定常流动特性数值模拟研究
本文选题:高速列车 + 隧道 ; 参考:《兰州交通大学》2015年硕士论文
【摘要】:高速列车在复线隧道运行时,由于列车和隧道形成的空间为非对称空间,引起的流动自然也是非对称的,使得作用在隧道壁面和列车车体表面的非定常气动载荷也自然不同,最终导致列车在隧道中运行时横向振动加剧,危及行车的舒适性、稳定性,因此对于隧道内列车外部流场的研究是非常有必要的。本文基于德国ICE2以及国产CRH380A高速列车模型,应用三种不同的数值模拟方法RANS、URANS以及LES,根据流动特点,采用较为合理的网格划分策略,应用基于有限体积方法的计算流体力学软件STAR-CD,对隧道内高速列车外部的非定常流场进行数值模拟。考虑到计算资源和时间的限制,本文所研究的隧道内外部非定常流场的外部雷诺数为51?10。通过对复线隧道内ICE2高速列车行驶时的外部流场进行数值模拟,初步建立了大涡模拟研究的计算设置与分析方法,为后续CRH380A高速列车的大涡模拟研究提供一定的技术参考。通过分析流场典型断面的压力云图、涡量图、涡量等值线、流场的Q值以及侧向力系数与升力系数,给出了ICE2列车模型在隧道内运行时,列车表面及列车周围压力的分布以及涡旋结构产生的位置与发展规律。然后,根据ICE2计算模型的数值模拟经验,对CRH380A高速列车隧道内行驶过程中的外部流场进行数值研究。通过分析流场典型断面的压力云图、涡量图、涡量等值线、流场的Q值以及侧向力系数与升力系数,给出了CRH380A列车模型在隧道内运行时,列车表面及列车周围压力的分布以及涡旋结构产生的位置与发展规律,最后对三种数值模拟方法的计算结果进行对比分析,得出最优的数值模拟方法。本文分别对ICE2高速列车和CRH380A高速列车在隧道内运行时的外部流场进行数值模拟,从中得出的结果和规律可以作为高速列车非定常研究的基础,同时也可为高速列车的设计和运行提供一定的参考。
[Abstract]:Because the space formed by the train and the tunnel is asymmetric, the flow caused by the high-speed train running in the double-track tunnel is naturally asymmetric, which makes the unsteady aerodynamic load acting on the tunnel wall and the surface of the train body naturally different. Finally, the lateral vibration of the train in the tunnel is aggravated, which endangers the comfort and stability of the train, so it is necessary to study the external flow field of the train in the tunnel. Based on the German ICE2 and domestic CRH380A high-speed train models, three different numerical simulation methods, RANS URANS and les, are used in this paper. According to the flow characteristics, a more reasonable mesh generation strategy is adopted. A computational fluid dynamics software STAR-CDbased on finite volume method is used to simulate the unsteady flow field outside a high-speed train in a tunnel. Considering the limitation of computational resources and time, the external Reynolds number of the unsteady flow field inside and outside the tunnel studied in this paper is 51 ~ 10 ~ 10. Through the numerical simulation of the external flow field of the ICE2 high-speed train in the double-track tunnel, the calculation and analysis method of the large eddy simulation study is established, which provides a certain technical reference for the follow-up study of the large eddy simulation of the CRH380A high-speed train. By analyzing the pressure cloud diagram, vorticity diagram, vorticity isoline, Q value of flow field, lateral force coefficient and lift coefficient of typical section of the flow field, the ICE2 train model is given when it is running in the tunnel. The distribution of the pressure on the surface and around the train and the position and development of the vortex structure. Then, according to the numerical simulation experience of the ICE2 model, the external flow field in the CRH380A high-speed train tunnel is studied numerically. By analyzing the pressure cloud diagram, vorticity diagram, vorticity isoline, Q value of flow field, lateral force coefficient and lift coefficient of typical section of the flow field, the CRH380A train model is given when it is running in the tunnel. The distribution of the pressure on and around the train and the position and development law of the vortex structure are obtained. Finally, the results of the three numerical simulation methods are compared and analyzed, and the optimal numerical simulation method is obtained. In this paper, the external flow field of ICE2 high-speed train and CRH380A high-speed train in tunnel are numerically simulated, and the results and rules can be used as the basis of unsteady research of high-speed train. At the same time, it can also provide some reference for the design and operation of high-speed train.
【学位授予单位】:兰州交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U451.3
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,本文编号:1785348
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