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隧道内高速列车外部绕流大涡模拟初探
| 论文题名： | 隧道内高速列车外部绕流大涡模拟初探 |
| 关键词： | 高速列车;隧道环境;工艺参数;数值模拟;钝体绕流 |
| 摘要： | 钝体绕流是流体力学的一个经典课题。不同于常见的绕流问题，隧道内高速列车的外部绕流是一种将复杂外形钝体绕流与壁湍流耦合在一起的特殊流动。列车由明线进入隧道后，车体外部流场受到影响，气动特性发生剧烈变化，能够诱发车体产生横向振动，严重危及行车安全，因此对隧道内列车外部绕流的研究具有重要的现实意义。 大涡模拟是一种新型的湍流数值模拟方法，具有计算精度高，消耗计算资源小的特点，在湍流研究领域得到了越来越广泛地应用。 本文结合计算流体力学商业软件STAR-CD、大涡模拟方法以及多块网格划分技术，对高速列车在隧道内行驶过程中的外部绕流特性进行了初步研究。 首先对德国ICE2高速列车复线隧道内行驶时的外部流场进行数值模拟，初步建立了非定常大涡模拟研究方法，为后续更换列车模型大涡模拟研究提供了技术参考。通过处理典型截面速度矢量图、压力云图，清晰地展现出隧道内的非定常流场结构;通过车体表面瞬时压力系数Cp分布曲线图以及车体周围典型位置压力变化的时间历程曲线图的处理，揭示出车体外部流场的不稳定特性;通过处理不同截面轴向涡量云图发现:车体周围的湍流边界层能自发形成大尺度拟序结构，这些结构产生于车头靠近隧道中心一侧上、下两端的边角处，沿着平直车身逐渐发展，在车体尾部完全发展;通过车体尾部典型截面的压力分布云图和等值线图，反映出车体尾部的流动分离现象。 然后对国产和谐号CRH380A型高速列车隧道内行驶过程中的外部绕流特性进行了研究，采用多块网格划分技术，减少了网格数量，提高了计算经济性。通过分析列车周围的压力场，总结了流场压力的分布特性;通过分析车体表面的涡量云图，发现车体两侧不均匀的涡量分布，而车体底部尤其是车头和车尾底部分布了较多量的拟序结构，而ICE2列车底部涡量相对较少，顶部涡量相对较多，这一点可能也与CRH380A车身的流线型设计有关;通过分析流场内典型位置的压力时间历程曲线，表现出流场的非定常特性，车体两侧压力存在差值，会影响高速列车在隧道内的安全稳定运行。 |
| 作者： | 鲍龙 |
| 专业： | 工程热物理 |
| 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： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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