外风挡胶囊简化型式对高速列车隧道气动仿真结果的影响研究
发布时间：2021-12-17 17:48
高速列车以其高效、便捷、经济的巨大优势在交通运输产业中占据着重要地位,然而随着运行速度的不断提升,高速列车通过隧道诱发的隧道气动效应问题引起了越来越多国内外学者的关注,与此同时,车端连接部位作为车辆的重要组成部件之一,风挡结构的气动特性研究也是重中之重。在进行风挡气动特性研究时,对风挡模型的简化是至关重要的步骤,因为采用恰当的气动模型进行计算时,不仅可以获得准确的仿真结果而且可以最大程度地节省计算资源,目前研究人员针对列车外风挡往往会采用较大程度的化简方法,即在仅考虑外部环状外形的基础上,忽略风挡胶囊端部开口和内部空腔。然而,无论是全封闭还是半封闭式外风挡,风挡外形的简化方式对高速列车隧道气动效应数值仿真结果的影响程度目前缺少较为系统的研究成果。本论文以此为研究背景,以净空面积为100m2的高速铁路单洞复线隧道和时速350公里速度等级的某型货运动车组为研究对象,采用基于三维、非定常、可压缩的雷诺时均NS方程和SST k-ω两方程湍流模型,通过运用Star-CCM+流体力学分析软件中的重叠网格技术,利用有限体积法开展两种不同外风挡胶囊简化型式对...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的背景与意义
1.1.1 高速动车组的发展
1.1.2 列车外形与气动性能关系
1.2 隧道空气动力学效应
1.3 铁道车辆风挡
1.3.1 普速旅客列车风挡
1.3.2 高速动车组风挡
1.4 国内外研究现状
1.4.1 国外研究现状
1.4.2 国内研究现状
1.5 研究问题的提出
1.6 研究的方法及内容
2 数值模拟方法
2.1 流体力学基本控制方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 动量守恒方程
2.1.3 能量守恒方程
2.2 湍流模型和计算方法
2.2.1 湍流数值模拟基本方法
2.2.2 SST k-ω湍流模型控制方程
2.2.3 壁面处理方法
2.3 流场的数值计算方法
2.3.1 有限体积方法
2.3.2 离散方程的求解方法
2.4 重叠网格方法
2.5 本章小结
3 CFD建模及网格划分
3.1 几何模型建立
3.1.1 动车组模型
3.1.2 风挡模型的简化
3.1.3 隧道气动模型
3.2 计算区域及参数
3.3 定解条件
3.3.1 初始条件
3.3.2 边界条件
3.4 CFD计算网格划分
3.5 数值模拟方法验证
3.6 本章小结
4 风挡胶囊简化型式对列车外流场仿真结果的影响研究
4.1 单列动车组进入隧道压力波形成机理及特征
4.2 不同工况下风挡表面压力分布
4.3 不同简化型式风挡内外流场流动特性比较
4.4 对端墙压力线的影响
4.4.1 对端墙横向压力线
4.4.2 对端墙垂向压力线
4.5 对车身不同位置压力波的影响
4.5.1 对车辆侧墙不同位置
4.5.2 对风挡两侧端口
4.6 本章小结
5 风挡胶囊简化型式对气动力仿真结果的影响研究
5.1 气动作用力的描述
5.2 对气动阻力的影响
5.2.1 风挡气动阻力变化特性及分布
5.2.2 对风挡气动阻力的影响
5.2.3 车辆气动阻力变化特性及分布
5.2.4 对车辆气动阻力的影响
5.3 对气动侧向力的影响
5.3.1 对风挡气动侧向力的影响
5.3.2 对车辆气动侧向力的影响
5.4 对气动升力的影响
5.4.1 对风挡气动升力的影响
5.4.2 对车辆气动升力的影响
5.5 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速动车组外风挡结构设计探讨[J]. 高军,邱彩玉,李鹏,杨国栋,寇晓阳. 铁道车辆. 2019(04)
[2]高速列车外风挡结构周围流场和气动载荷的仿真分析[J]. 盖杰,余以正,孙健,姜红岩. 大连交通大学学报. 2019(02)
[3]高速铁路对区域人才流动的叠加效应研究[J]. 杨有国. 铁道运输与经济. 2019(03)
[4]我国高速铁路设计时速对城市经济增长的异质性影响探析[J]. 张辉. 新经济. 2019(Z1)
[5]中国高速铁路发展历程[J]. 中国机械工程. 2019(03)
[6]三种不同网格类型的les大涡模拟评估[J]. 唐远哲. 科技视界. 2019(02)
[7]铁路快速货运通道规划[J]. 吴青松. 铁道勘察. 2018(06)
[8]高速铁路隧道关键科学问题及发展趋势[J]. 张顶立,孙振宇. 铁道建筑. 2018(11)
[9]重叠网格隐式挖洞方法的改进与应用[J]. 江维青,杨爱明. 复旦学报(自然科学版). 2018(05)
[10]明线会车、隧道会车及过隧道时的高速列车动力响应[J]. 张敏,吴晗,赖姜,曾晓辉,孙振旭. 力学与实践. 2018(05)
博士论文
[1]非结构网格有限体积法的空间离散算法研究[D]. 张帆.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]高速铁路隧道洞口缓冲结构数值模拟及模型试验研究[D]. 刘善华.西南交通大学 2013
[2]铁路客运专线（秦沈）后评价研究[D]. 李鑫.西南交通大学 2007
本文编号：3540625
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的背景与意义
1.1.1 高速动车组的发展
1.1.2 列车外形与气动性能关系
1.2 隧道空气动力学效应
1.3 铁道车辆风挡
1.3.1 普速旅客列车风挡
1.3.2 高速动车组风挡
1.4 国内外研究现状
1.4.1 国外研究现状
1.4.2 国内研究现状
1.5 研究问题的提出
1.6 研究的方法及内容
2 数值模拟方法
2.1 流体力学基本控制方程
2.1.1 连续性方程
2.1.2 动量守恒方程
2.1.3 能量守恒方程
2.2 湍流模型和计算方法
2.2.1 湍流数值模拟基本方法
2.2.2 SST k-ω湍流模型控制方程
2.2.3 壁面处理方法
2.3 流场的数值计算方法
2.3.1 有限体积方法
2.3.2 离散方程的求解方法
2.4 重叠网格方法
2.5 本章小结
3 CFD建模及网格划分
3.1 几何模型建立
3.1.1 动车组模型
3.1.2 风挡模型的简化
3.1.3 隧道气动模型
3.2 计算区域及参数
3.3 定解条件
3.3.1 初始条件
3.3.2 边界条件
3.4 CFD计算网格划分
3.5 数值模拟方法验证
3.6 本章小结
4 风挡胶囊简化型式对列车外流场仿真结果的影响研究
4.1 单列动车组进入隧道压力波形成机理及特征
4.2 不同工况下风挡表面压力分布
4.3 不同简化型式风挡内外流场流动特性比较
4.4 对端墙压力线的影响
4.4.1 对端墙横向压力线
4.4.2 对端墙垂向压力线
4.5 对车身不同位置压力波的影响
4.5.1 对车辆侧墙不同位置
4.5.2 对风挡两侧端口
4.6 本章小结
5 风挡胶囊简化型式对气动力仿真结果的影响研究
5.1 气动作用力的描述
5.2 对气动阻力的影响
5.2.1 风挡气动阻力变化特性及分布
5.2.2 对风挡气动阻力的影响
5.2.3 车辆气动阻力变化特性及分布
5.2.4 对车辆气动阻力的影响
5.3 对气动侧向力的影响
5.3.1 对风挡气动侧向力的影响
5.3.2 对车辆气动侧向力的影响
5.4 对气动升力的影响
5.4.1 对风挡气动升力的影响
5.4.2 对车辆气动升力的影响
5.5 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速动车组外风挡结构设计探讨[J]. 高军,邱彩玉,李鹏,杨国栋,寇晓阳. 铁道车辆. 2019(04)
[2]高速列车外风挡结构周围流场和气动载荷的仿真分析[J]. 盖杰,余以正,孙健,姜红岩. 大连交通大学学报. 2019(02)
[3]高速铁路对区域人才流动的叠加效应研究[J]. 杨有国. 铁道运输与经济. 2019(03)
[4]我国高速铁路设计时速对城市经济增长的异质性影响探析[J]. 张辉. 新经济. 2019(Z1)
[5]中国高速铁路发展历程[J]. 中国机械工程. 2019(03)
[6]三种不同网格类型的les大涡模拟评估[J]. 唐远哲. 科技视界. 2019(02)
[7]铁路快速货运通道规划[J]. 吴青松. 铁道勘察. 2018(06)
[8]高速铁路隧道关键科学问题及发展趋势[J]. 张顶立,孙振宇. 铁道建筑. 2018(11)
[9]重叠网格隐式挖洞方法的改进与应用[J]. 江维青,杨爱明. 复旦学报(自然科学版). 2018(05)
[10]明线会车、隧道会车及过隧道时的高速列车动力响应[J]. 张敏,吴晗,赖姜,曾晓辉,孙振旭. 力学与实践. 2018(05)
博士论文
[1]非结构网格有限体积法的空间离散算法研究[D]. 张帆.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]高速铁路隧道洞口缓冲结构数值模拟及模型试验研究[D]. 刘善华.西南交通大学 2013
[2]铁路客运专线（秦沈）后评价研究[D]. 李鑫.西南交通大学 2007
本文编号：3540625
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3540625.html
