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原文传递时速600公里磁浮列车隧道压力波及气动力特性研究

论文题名：	时速600公里磁浮列车隧道压力波及气动力特性研究
关键词：	磁浮列车;隧道压力波;气动力特性;重叠网格技术;RANS湍流模拟
摘要：	磁浮列车的试验运行速度可达600km/h，相比于传统轮轨列车极大的缩短了乘客的旅行时间，同时空气流动也会对列车产生强烈的气动作用。尤其当磁浮列车高速通过隧道时，由于车体壁面和隧道壁面的限制，使隧道内的空气流动更加剧烈和复杂，气动现象较明线上更加强烈，对列车的安全性、司乘人员的舒适性等产生极大的影响。因此，有必要对磁浮列车高速通过隧道过程中列车的空气动力性能进行深入研究，为我国发展高速磁浮交通技术提供支撑。　　本文以我国拟议的高速磁浮列车模型为研究对象，使用三维数值模拟方法对磁浮列车通过隧道时湍流外流场特性及气动力特性进行研究。基于压力修正求解算法，采用RANS湍流模拟方法，SST k-ω湍流模型求解磁浮列车高速通过隧道时的外部空气三维、非定常、可压缩、湍流流动，利用重叠网格技术来实现磁浮列车与隧道间相对运动的过程。　　首先，为了验证本文磁浮列车通过隧道过程数值模拟计算结果的正确性，建立了列车—隧道数值模拟计算验证模型，通过与日本旋成体动模型试验数据进行对比，验证了本文数值计算方法以及网格划分策略的正确性，同时验证了本文计算采用的重叠网格技术来模拟磁浮列车通过隧道过程的可行性。　　其次，分析了磁浮列车驶入隧道过程压缩波和膨胀波的产生机理，得出了磁浮列车通过隧道时，由于隧道内压缩波和膨胀波的不断反射叠加与传播，导致流场分布随时间发生变化，压缩波使空气压力升高，膨胀波使空气压力降低。磁浮列车以不同运行速度通过隧道时，空气压力变化规律大致相同，速度越高，压力峰值越大。　　最后，分析了磁浮列车通过隧道过程中列车所受的气动力变化特性。列车气动阻力与隧道压力波反射叠加密切相关，气动阻力的剧烈变化与车头及车尾端的压力急剧变化相关，列车车头驶入隧道时气动阻力急剧增大，列车车身驶入隧道过程气动阻力线性缓慢增长，列车车尾驶入隧道时气动阻力再次急剧增大;磁浮列车在进出隧道过程，气动侧向力会发生明显的振荡现象，导致车体发生相应的左右摆动。在隧道内运行时，气动侧向力方向指向靠近隧道壁面一侧;磁浮列车气动升力方向向上，在列车进入隧道过程，气动升力先小幅度上升而后下降，直至车尾进入隧道时再次上升。在列车驶出隧道过程，气动升力先下降而后上升，直至车尾驶出隧道时再次下降;磁浮列车以不同运行速度通过隧道时，列车气动力变化规律大致相同，速度越高，气动力峰值越大，列车明线气动力和隧道气动力平均值与速度近似成平方关系。　　本文对高速磁浮列车通过隧道过程中流场特性和气动力特性的研究结果，为今后进一步系统研究提供较好的基础。
作者：	马东宝
专业：	机械设计及理论
导师：	梅元贵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文