高速列车运行空气流场分析fluent
高速列车通过隧道时的空气流动行为分析
高速列车通过隧道时的空气流动行为分析引言随着科技的不断发展，高速列车作为一种快速、便捷且环保的交通工具，受到了越来越多人的青睐。
然而，高速列车通过隧道时的空气流动行为对列车的运行效果有着重要影响。
本文将对高速列车通过隧道时的空气流动行为进行分析，从空气流动的原理、影响因素、数值模拟等方面深入探讨，旨在为高速列车设计和运行提供科学依据。
一、空气流动的基本原理高速列车通过隧道时的空气流动行为受到多种因素的影响，包括列车速度、隧道形状、气流密度等。
在进行空气流动行为分析之前，我们首先需要了解空气流动的基本原理。
空气流动是由于压力差驱动的。
在高速列车通过隧道时，列车前方的气压较高，而隧道内部的气压较低，因此会形成气流。
空气流动的速度与压力差成正比，与气流所经过的通道形状、面积和粗糙度有关。
当高速列车通过隧道时，气流将沿着列车运行方向流动，并在列车尾部形成尾流。
二、影响因素分析1.列车速度：列车速度是影响空气流动的重要因素之一。
随着列车速度的增加，气流速度也会增加，从而影响到列车的运行效果。
研究表明，当列车速度超过某一临界值时，空气流动会呈现出不稳定的现象，产生涡旋和湍流。
2.隧道形状：隧道形状是影响空气流动的另一个关键因素。
不同形状的隧道对空气流动的影响也不同。
研究表明，隧道的几何形状会产生阻力和湍流。
合理设计隧道的几何形状可以降低阻力和湍流，提高列车的运行效果。
3.气流密度：气流密度是指单位体积内气体的质量。
随着气流密度的增加，空气对列车的阻力也会增加。
因此，在进行空气流动行为分析时，需要考虑气流的密度对列车运行的影响。
三、数值模拟分析为了更加深入地了解高速列车通过隧道时的空气流动行为，我们可以借助数值模拟的方法进行分析。
数值模拟可以模拟列车在隧道内的空气流动行为，从而获取各种参数和数据。
数值模拟主要包括以下几个步骤：1.建立数值模型：首先需要建立高速列车和隧道的几何模型，包括列车的外形、隧道的几何形状等。
高速列车隧道会车流场的CFD分离涡数值模拟
高速列车隧道会车流场的CFD分离涡数值模拟张德文; 卢耀辉; 李望; 毕伟【期刊名称】《《装备环境工程》》【年(卷),期】2019(016)011【总页数】9页(P前插1-前插2,1-7)【关键词】隧道会车; 压力波; 分离涡模拟; 频谱分析; 傅里叶变换【作者】张德文; 卢耀辉; 李望; 毕伟【作者单位】西南交通大学机械工程学院成都 610031; 西南交通大学先进驱动节能技术教育部工程研究中心成都 610031; 西南交通大学唐山研究院河北唐山063000【正文语种】中文【中图分类】U271.91高速列车隧道会车会引起三维、非定常的湍流流动，产生的气动压力波对高速列车行车安全及乘坐舒适性影响显著[1-3]。
我国的武广、郑西等高铁线上隧道占比接近线路总长的20%[4]，列车在隧道内会车频繁，作用于车体的气动载荷可能会对高速列车铝合金焊接车体产生不利影响，故使用数值模拟研究列车会车流场的变化规律可以为高速列车强度、振动及气密设计提供参考。
目前，列车空气动力学中的湍流模拟方法、流场压力波消减问题及流、固耦合动力学是研究的热点。
梅元贵[5-6]采用流体流动理论结合广义黎曼变量特征线法，对高速列车隧道内会车的压力波进行了研究，通过与国内外试验数据对比，发现设置喇叭型洞口可以缓减压力波。
田红旗等[7-8]利用实车试验和数值模拟相结合，研究气动载荷压力波的影响因素，并对车体外形进行优化设计。
刘堂红[9]使用滑动网格技术计算了列车通过隧道和两列车在隧道中交会的瞬时压力，分析了气动载荷作用下车身的动态响应。
结果表明，在两列车隧道交会时，气动载荷使得底架和侧墙的横向和垂向位移显著增加。
赵晶[3]基于k-ε 两方程紊流模型模拟了高速列车的等速交会过程，得到了列车所受气动侧向力、侧翻力矩及偏转力矩的变化情况，结果表明：隧道内列车交会过程使列车受到较大的力及力矩，气动力与力矩的大小是车速的函数。
李田[10]建立了基于列车空气动力学和系统动力学的研究方法，实现了流、固耦合的联合仿真。
高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法分析的开题报告
高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法分析的开题报告一、研究背景和目的高速铁路隧道建设在我国发展中起着至关重要的作用。
高速铁路隧道内部的空气流动影响列车安全、乘客舒适度和能源消耗等多个方面，因此对于高速铁路隧道内部空气动力学的研究具有十分重要的意义。
同时，传统试验方法昂贵且不易操作，因此数值模拟方法成为了研究高速铁路隧道内部空气动力学的有效手段。
本论文旨在对高速铁路隧道的空气动力学数值模拟方法进行分析，以期为高速铁路隧道的设计、施工和运营提供科学、可靠的基础。
二、研究内容和方法本论文主要研究高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法。
具体内容包括：1. 高速铁路隧道内部的空气动力学基本原理和流动特性。
2. 常见的高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法，如CFD、LES、DNS等。
3. 针对不同的隧道类型和工况选择合适的数值模拟方法，并指导隧道的设计、施工和运营。
本论文将采用文献资料法和数值模拟法进行研究。
文献资料法将对国内外高速铁路隧道空气动力学数值模拟的相关进展进行梳理和分析。
数值模拟法将选取ANSYS Fluent软件进行建模，分析不同参数下的流场特征和涡流结构。
三、预期成果本论文预期达到以下成果：1. 对高速铁路隧道的空气动力学数值模拟方法进行分析和总结，为高速铁路隧道内部空气动力学的研究提供参考。
2. 针对不同的隧道类型和工况选择合适的数值模拟方法，并指导隧道的设计、施工和运营。
3. 对高速铁路隧道内部流场特征和涡流结构进行分析，为高速铁路隧道内部的乘客舒适度和能源消耗提供参考。
四、研究意义本论文对于高速铁路隧道的设计、施工和运营具有重要的意义。
一方面，该论文对高速铁路隧道内部空气动力学数值模拟方法进行分析，为高速铁路隧道的设计、施工和运营提供了科学、可靠的指导。
另一方面，该论文对高速铁路隧道内部流场特征和涡流结构进行分析，为高速铁路隧道内部的乘客舒适度和能源消耗提供了参考，有助于提升高速铁路隧道的运营效率和舒适度。
高速列车运行中空气流场的数值模拟
高速列车运行中空气流场的数值模拟在现代交通工具中，高速列车是越来越受欢迎的交通方式之一。
高速列车的速度非常快，但是在高速行驶中，会产生一定的气动噪声和空气阻力。
因此，研究高速列车运行中的气动效应，优化车身设计，是非常重要的课题。
空气流场是评价高速列车气动特性的重要指标之一。
通过数值模拟，可以对高速列车运行中的空气流场进行分析和研究，为优化车身设计提供重要依据。
一、高速列车空气流场的数值模拟方法通常使用计算流体力学（CFD）方法进行高速列车气动特性的数值模拟。
CFD方法是运用计算机模拟流体运动的数学方法，可以分析流场的速度、压力、密度等参数。
在高速列车气动特性的数值模拟中，通常采用CFD方法进行。
高速列车空气流场的数值模拟过程主要包含以下几个步骤：1、建立数值模型。
建立高速列车及其周围空气流场的三维数值模型，该模型要能够准确地反映实际情况。
2、确定数值模拟范围。
确定数值模拟的范围，包括高速列车及其周围的空气流场区域。
3、设置气流边界条件。
通过对空气流场中的速度、温度、压力等参数的设定，确定气流边界条件。
4、选择数值模拟方法和求解器。
通常采用有限体积法或有限元法等数值模拟方法，选择相应的求解器进行计算。
5、进行数值模拟计算。
根据设定的气流边界条件和选择的数值模拟方法进行计算，得到空气流场在不同条件下的流动情况。
二、高速列车空气流场对车身设计的影响高速列车的车身设计对气动特性有很大影响，合理的车身设计可以减少运行中产生的空气阻力和气动噪声，提高列车的运行效率和运行速度。
1、车身形状的影响。
车身形状是影响气动特性的重要因素之一，流畅的车身设计可以减少气流的分离和湍流产生，降低空气阻力。
2、车身尺寸的影响。
车身的尺寸也会影响空气流场的特性，车身过大会增加车辆的风阻，降低行驶稳定性和速度。
3、车身结构的影响。
车身结构的刚度和振动特性会影响列车行驶的平稳性和稳定性，也会影响空气流场的产生和变化。
针对以上影响因素，可以通过数值模拟来分析和优化车身设计方案，为高速列车的运行效率和运行速度提供技术支持和保障。
高速列车司机室内流场数值分析
高速列车司机室内流场数值分析韩璐;岳丽芳;田雪艳;姬芳芳;李良杰【摘要】以高速列车司机室及空调系统为研究对象,采用FLUENT流体计算软件对司机室进行三维湍流流场数值计算,计算中将人体视为热源体,考虑车体传热作用.计算得到司机室温度场和速度场的详细信息,分析环境温度、人体热源对车内环境的影响,以及车内温度场、速度场的均匀性.【期刊名称】《中国铁路》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】4页(P67-70)【关键词】高速列车;司机室;数值计算;气流组织【作者】韩璐;岳丽芳;田雪艳;姬芳芳;李良杰【作者单位】唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山,063000;唐山学院,河北唐山,063000;唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山,063000;河北联合大学轻工学院,河北唐山,063000;唐山轨道客车有限责任公司,河北唐山,063000【正文语种】中文高速动车组车厢内，微风速、风速场的均匀性、室内气流组织状态、车内外压力变化幅度等是至关重要的设计指标，而这些指标的实现主要取决于客车的空调通风[1-2]。
由于车厢内部环境受太阳辐射和乘客散热的影响，车内结构复杂、人员变化大，用实验方法研究车厢内部的气流组织难度大、成本高[3-4]。
利用CFD数值仿真方法，对高速列车空调通风系统进行数值仿真模拟实验，分析空调通风系统性能并改进设计，达到优化设计的目的。
采用数值模拟的方法[5-6]对某高速列车司机室进行计算，分析司机室送风道的送风均匀性和司机室内的温度场、速度场，并对司机的人体热舒适性进行分析。
1 计算模型及参数计算模型为某高速列车头车及空调系统。
司机室设置了单独空调机组，机组位于一位端车顶，回风和新风通过空调机组处理后，经顶部中间设的送风道将空调风分别输送到司机室顶部风口、操纵台前部风口、司机室脚部风口（见图1）。
司机室共有4个废排口，通过司机室左右柜上的风口和电气柜间壁下部风口进入，通过排气软管与废排风道相连（见图2）。
高速列车飞行舱内的气流流场模拟与优化
高速列车飞行舱内的气流流场模拟与优化第一章引言高速列车已经成为了现代城市快速交通的主力军之一，它的高速度和便捷性使得它在细分市场中具有广泛的应用。
而对于高速列车内部飞行舱气流的模拟和优化问题，一直是交通领域工程师们所关注和研究的重点之一。
高速列车飞行舱内的气流流场模拟和优化不仅可以改善乘客的舒适度，还可以减少能耗，提高行车效率。
因此，本文旨在探究高速列车飞行舱内的气流流场模拟和优化。
第二章高速列车飞行舱内气流流场模拟2.1 气动性能参数气动性能参数是对高速列车飞行舱气流流场计算和分析的基础。
其中包括速度、压力、密度、温度等参数，这些参数对于研究高速列车飞行舱内气流流场的影响至关重要。
2.2 模拟方法目前，高速列车飞行舱内气流流场模拟主要采用计算流体力学（CFD）方法。
该方法可以通过对飞行舱内的气流进行尺度模型实验和数值计算，来分析和预测气流流场的行为和性能。
2.3 模拟模型高速列车飞行舱内气流流场的模拟模型主要有两种：单相流模型和多相流模型。
其中，单相流模型是指对飞行舱内的空气进行模拟；而多相流模型则是将飞行舱内的空气和乘客、座椅等物体一并进行模拟。
第三章高速列车飞行舱内气流流场优化3.1 模拟结果分析通过对高速列车飞行舱内气流流场进行模拟，可以得到大量的模拟结果。
这些结果可以通过分析来得出是否存在一些缺陷和问题。
例如，如果飞行舱内的气流流场存在过大的湍流、突然的压力变化等问题，那么就需要进行优化。
3.2 优化策略高速列车飞行舱内气流流场的优化策略主要有三种：改变外形结构、增加通风设备和调整舱内物品布局。
其中，改变外形结构可以通过改变飞行舱的外形和材料来改善气流流场的流动性能；增加通风设备可以将飞行舱内的空气均匀地分布，以优化气流流场；调整舱内物品布局可以改变室内物品的分布位置，以减少气流流场的紊流。
第四章高速列车飞行舱内气流流场模拟与优化案例分析4.1 案例一：高铁复兴号高铁复兴号是一种速度较快的高速列车，它的飞行舱内气流流场模拟和优化十分重要。
横风条件下高速列车不同速度下空气动力性能数值仿真
横风条件下高速列车不同速度下空气动力性能数值仿真
李明;王进;刘为亚
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2013(000)003
【摘要】采用流体力学数值计算软件FLUENT对我国某新型动车组横风条件下的空气动力学性能进行了数值仿真.研究了不同横风风速下,明线上高速列车在不同速度运行时的空气动力性能.根据计算得到的数据,分析了不同横风速度和车速时相应的车体纵、横向气动力变化的规律及成因,得到了相应的结论,为今后列车在横风作用下的运行安全性提供一定的依据.
【总页数】3页(P55-57)
【作者】李明;王进;刘为亚
【作者单位】南车青岛四方机车车辆股份有限公司高速列车系统集成国家工程实验室(南方),山东青岛266111
【正文语种】中文
【中图分类】U270.11
【相关文献】
1.横风作用下高速列车安全运行速度限值的研究 [J], 郗艳红;毛军;高亮;杨国伟;曲文强
2.横风中不同行驶工况下高速列车非定常空气动力特性 [J], 杨志刚;马静;陈羽;张杰
3.横风下高速列车非定常空气动力特性研究 [J], 马静;张杰;杨志刚
4.横风作用下高速列车转向架非定常空气动力特性 [J], 郗艳红;毛军;高亮;杨国伟
5.不同风向角和地面条件下的列车空气动力性能分析 [J], 苗秀娟;高广军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高速列车空气动力学的数值仿真方法及分析
高速列车空气动力学的数值仿真方法及分析高速列车在现代交通领域中扮演着重要的角色，而为了提升高速列车的速度和安全性能，空气动力学的研究变得尤为重要。
这个专门研究飞机、车辆和船只等运动体在空气中的运动规律、空气动力学特性及其影响的学科。
在高速列车的研究与设计中，数值仿真方法是必不可少的一环。
一、高速列车空气动力学模型高速列车空气动力学模型是指将高速列车的空气动力学问题抽象成为数学模型进行分析与计算。
这个模型通常包括流场方程、边界条件、初始条件等内容。
高速列车空气动力学模型的建立需要采取合理的假设和建模方法。
多数情况下，对于复杂的运动系统，难以通过解析的方式求解，因此需要采用数值方法。
最常用的数值方法是CFD（计算流体动力学）方法。
二、数值仿真方法数值仿真方法是在计算机上通过离散化连续问题得到近似解的方法。
对于高速列车航空动力学数值仿真，主要分为以下几个步骤：1.建立数学模型建立高速列车空气动力学模型时，需要确定模型的基本假设条件，建立数学模型。
数学模型通常是基于流动的守恒方程进行的，包括“质量守恒方程”、“动量守恒方程”、“能量守恒方程”等。
2.离散化在数值仿真中，原本连续的物理问题需要离散化以便计算机求解。
离散化涉及到空间离散和时间离散。
空间离散时需要将要求解的空间域分为许多离散的小体积，时间离散时则需要将求解的时间域分为许多小时间段。
3.求解数值解在数学模型得到离散化的表达后，需要求解数值解。
因为计算机计算时采用的是数值方法，因此众多未知数需要通过近似解进行求解。
常用的数值方法包括有限体积方法、有限差分方法、有限元方法等。
三、数值仿真方法的应用高速列车航空动力学数值仿真方法在实践中的应用不仅可以用来预测车身运动、风阻和气动力，还可以用来改进车身外形、增强稳定性和提高高速列车的性能。
1.升降阻力研究高速列车在高速运行时受到的空气阻力会使其在牵引力和牵引功率方面面临很大的压力。
因此，研究高速列车的升降阻力对于提高列车性能和降低能耗是非常重要的。
高速列车车体流场分析与结构优化设计
高速列车车体流场分析与结构优化设计随着科技的不断发展，高速列车正逐渐成为人们出行的首选交通工具之一。
然而，在高速运行过程中，列车面临着复杂的气动环境，如空气阻力、气流噪音等问题。
因此，对高速列车车体的流场进行分析和优化设计，既可以提高列车性能，又可以改善乘坐体验，提高乘客的出行舒适度。
首先，对高速列车车体的流场进行分析是评估列车性能的重要手段之一。
通过利用计算流体力学（CFD）方法对列车车体在高速行驶时所受到的气流进行模拟，可以得到详细的气流分布、压力分布以及阻力大小等数据。
这些数据可以用来评估车体的气动性能，分析阻力大小及分布情况，为优化设计提供重要参考。
在流场分析的基础上，进行高速列车车体结构的优化设计是有效改善列车性能的关键。
根据流场分析结果，可以对列车车体进行结构优化设计，以减小阻力、降低风噪声，提高列车的稳定性和安全性。
例如，通过改变车体的形状和外轮廓，优化车体的气动流线型，达到减小阻力的目的。
此外，还可以使用材料轻量化技术，减轻车体质量，降低阻力、提高加速性能和减少能源消耗。
在优化设计过程中，还需要充分考虑列车乘客的出行舒适度。
高速列车的稳定性、噪音和振动对乘客的舒适度有着重要影响。
因此，在结构优化设计中，需考虑降低噪音和振动的措施，如有效隔离隔音系统的设计和使用，以及合理的减震装置的配置等。
此外，还可以通过对车体内部空气流动的优化设计，提高列车内的通风系统效果，确保乘客车厢内外的气流畅通，减少空气滞留和异味。
除了结构优化设计，高速列车车体流场分析还可以为列车的刹车制动性能提供参考。
根据分析结果，可以确定列车刹车性能的需求，并通过改进刹车系统的设计和优化，提高列车的刹车效果和安全性。
综上所述，高速列车车体流场分析与结构优化设计是提高列车性能、改善乘客出行舒适度的重要手段。
通过流场分析，可以获得列车的阻力分布、气动流线型等关键数据，为结构优化设计提供依据。
结构优化设计则可以通过调整车体形状、外轮廓和减轻车体质量等措施，达到减小阻力、降低风噪声以及提高列车稳定性和安全性的目的。
CFD数值仿真在高速列车设计中的应用.
第 29卷第 5期铁道学报 V ol. 29 N o. 5 2007年 10月 JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y October 2007文章编号 :1001 8360(2007 05 0064 05CFD 数值仿真在高速列车设计中的应用王东屏 , 兆文忠 , 马思群(大连交通大学机械工程学院 , 辽宁大连 116028摘要 :高速列车的空气动力特性不仅关系到列车牵引效率 , 而且还影响旅客乘坐舒适性和列车运行安全性。
本文介绍 CFD 数值仿真在高速列车设计中的应用 :采用 A ir pak 软件对列车空调通风系统进行数值仿真 , 采用Fluent 软件对列车水箱中水的晃动问题、列车外流场以及二维流线型列车模型的远场气动噪声进行数值仿真。
对空调通风系统的仿真结果与实验研究进行对比 , 计算与试验的良好一致性说明采用的 CF D 模型是可靠的 ; 水箱晃动计算的压力波提供的水箱壁屈曲分析与实际情况基本吻合。
关键词 :CFD 数值仿真 ; 高速列车 ; 空气阻力 ; 空调通风系统 ; 水箱中水的晃动 ; 气动噪声中图分类号 :V 211 文献标志码 :AApplication of CFD Numerical Simulation in High Speed Train DesignWAN G Dong ping, ZH AO Wen zhong, M A Si qun(Sch ool of M echanical Engin eering, Dalian Jiaotong U nivers ity, Dalian 116028, Ch inaAbstract:The aerodynamic perform ance of hig h speed train(H ST is r elated to the pr opulsiv e efficiency and has influence on the riding comfortability and security. CFD numerical simulation of H ST applicatio ns is introduced in this paper :the vent sy stem of passeng er trains by Airpak; w ater sw ay ing in w ater drum s of passeng er tr ains, outer flow fields of high speed tr ains and aer ody namic noises generated by the flo w fluid around the 2d streamline H ST model by Fluent. T he computational result of the vent system ag rees with the exper im ental re sult. T he buckling analysis fr om I DEA S integ rating Fluent ag rees w ith the failure phenomeno n o f the w ater drum.Key words:CFD numerical simulation; hig h speed train; viscosity resistance; vent system; w ater sw aying in a w ater drum; aero dynamic no ise近年来 , 随着计算机计算能力的不断提高 , 以及计算流体动力学 (CFD 本身理论和方法的不断改进 , CFD 已经被越来越多地应用到各个工程领域中。
高速列车空气动力特性数值模拟研究
高速列车空气动力特性数值模拟研究随着科技的不断发展，高速列车已经成为现代交通运输领域的一项重要技术。
高速列车为我们提供了更快、更方便、更舒适的出行方式，而高速列车的空气动力特性也成为了一个极为重要的研究方向。
本文将以高速列车空气动力特性数值模拟研究为主题，探讨其相关理论与应用。
一、高速列车空气动力特性简介高速列车通常是由多节车厢组成，其运行速度通常在200km/h以上。
在高速运行过程中，空气动力特性成为了影响列车行驶性能的重要因素之一。
空气动力作用会对列车的气动阻力、噪声、安全性等方面产生影响。
因此，对高速列车空气动力特性进行研究具有重要的意义。
二、高速列车空气动力特性数值模拟技术目前，高速列车空气动力特性研究通常采用数值模拟技术，其中计算流体力学（CFD）技术是一种常用的方法。
CFD技术使用数值方法对运动流体进行离散，模拟流体在不同条件下的运动情况，通过数值模拟得到各种空气动力参数和流场特性。
近年来，随着计算机和数值模拟技术的发展，CFD技术在高速列车空气动力特性研究中得到了广泛应用。
CFD技术在高速列车空气动力特性研究中有很多优点，例如不受实验场地、实验时间的限制，可以对不同工况进行模拟分析，能够快速获得复杂流场数据和空气动力参数，为设计优化提供科学依据。
三、高速列车空气动力特性数值模拟研究的应用高速列车空气动力特性研究的应用非常广泛，其中包括以下方面：1. 高速列车的气动阻力设计高速列车的气动阻力影响其牵引功率、能耗、行驶速度等方面，因此必须对其进行科学合理的气动阻力设计。
数值模拟技术可以模拟列车在运动时各部位受到的风压分布，从而确定最优的气动阻力设计。
2. 高速列车的噪声控制高速列车在运行时会产生巨大的噪声，严重影响周围环境的安宁。
数值模拟技术可以模拟列车在运动时产生的空气声波传播，从而找到降噪的具体方法和措施。
3. 高速列车的结构设计优化高速列车的结构设计与空气动力特性密切相关。
数值模拟技术可以对列车结构进行三维模拟，进行结构的优化设计，减少空气阻力或噪音的产生。
高速列车运行空气流场分析fluent
高速列车运行空气流场分析fluent目录引言 (3)第一章计算流体力学概述 (4)1.1什么是计算流体力学 (4)1.2计算流体力学（CFD）的发展应用及特点 (4)1.2.1计算流体力学的发展 (4)1.2.2计算流体力学的应用 (6)1.2.3计算流体力学的特点 (6)1.3CFD的求解过程 (7)第二章 CFD软件Flurnt基本简介 (9)2.1Fluent软件的基本特性 (9)2.1.1Fluent软件的网格特性 (9)2.1.2Fluent软件定义边界条件特性 (9)2.1.3Fluent软件的灵活处理特性 (10)2.2Fluent的程序结构 (10)2.3Fluent程序可以求解的问题 (11)2.4用Fluent程序求解问题的步骤 (11)第三章时速200km/h高速列车Gambit建模及计算 (12)3.1建立计算模型 (12)3.1.1利用Gambit建立车体计算模型 (12)3.1.2计算网格划分 (13)3.1.3定义边界和区域 (14)3.1.4生成MESH文件及储存 (15)3.2利用Fluent进行列车仿真计算 (15)3.2.1输入与检查网格 (15)3.2.2选择求解器 (16)3.2.3定义材料 (17)3.2.4定义边界条件 (17)3.2.5设置求解控制参数 (17)3.3计算结果后处理 (18)3.3.1列车外流场的压力、速度特性 (18)3.3.2列车的尾流特性 (21)3.3.3列车表面压力系数及力分析 (21)第四章对称模型的CFD仿真 (24)4.1网格划分 (24)4.2Fluebt仿真计算 (24)4.3计算结果后处理 (25)第五章结论 (29)谢辞 (31)参考文献 (32)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
高速列车空气动力学建模及仿真分析
高速列车空气动力学建模及仿真分析随着经济的不断发展，交通运输越来越成为了人们生活中不可或缺的一部分。
特别是高速列车的开通，更是打通了沟通各个城市的重要通道。
然而，高速列车的高速行驶过程中，所受到的风阻和气动力等力的影响不容忽视，这对列车的稳定性和安全性都有着很大的挑战。
因此，进行高速列车空气动力学建模及仿真分析，对于提高列车的运行效率，确保乘客的安全，具有非常重要的意义。
一、高速列车空气动力学的基本概念和原理高速列车的空气动力学主要涉及到列车与空气的相互作用，主要包括：风阻、气动力、附着力和升力等。
其中，风阻是指行驶速度与大气相对静止速度之间的差异所产生的阻力，而气动力则是指车辆在行驶过程中，受到空气分子撞击和流动产生的力。
此外，附着力和升力是同样重要的概念，附着力是指列车与轨道之间的摩擦力，主要用于制动、牵引和转向等操作，而升力则是指列车上方的流动速度高于下方的流动速度所产生的力，对于提高列车速度和稳定性非常重要。
二、高速列车空气动力学建模高速列车空气动力学建模是指将列车与空气的相互作用过程转换为数学模型或仿真模型的过程。
根据实际情况，一般采用计算机辅助仿真软件进行模拟，比如FLUENT、SolidWorks等软件。
建模的过程主要分为以下三个步骤：1. 几何形状设计：根据列车的大小、车型和运行环境等条件，设计出列车的几何形状，包括长度、宽度、高度、轮距等重要参数。
2. 材料特性确定：根据列车所使用的材料，确定其密度、弹性模量、杨氏模数等物理参数，以便于后续模拟分析。
3. 建模参数输入：将车体、底盘、轮轴等各部分的几何形状和材料特性输入计算机，形成三维模型。
分别对车体、底盘和轮轴三个部分分别建立分体模型，并为每个部分设置不同的边界条件等参数，以便于后续仿真分析的进行。
三、高速列车动力学仿真分析高速列车的空气动力学仿真分析需要依托于各种仿真软件的支持，结合实际情况，对列车的空气动力学进行分析和仿真。
高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析
高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析随着技术的进步，高速列车已成为重要的现代化交通工具之一。
在高速列车的发展过程中，研究列车的空气动力学特性至关重要。
空气动力学特性的数值模拟与分析是研究列车空气动力学问题的有效手段。
本文将介绍高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析。
一、数值模拟技术数值模拟技术是通过计算机模拟物理系统的运动规律，从而得到物理和数学的解决方案的一种技术。
在高速列车空气动力学特性的数值模拟中，采用计算流体力学（CFD）技术。
CFD技术是一种基于现代计算机的数值方法，用于计算流体动力学问题。
它基于Navier-Stokes方程组，通过数值计算来预测和描述流体的运动和行为。
CFD技术包括数值离散化、求解方案、收敛性分析等方法，可以对空气动力学问题进行数值分析和计算。
二、空气动力学参数研究空气动力学特性的目的是根据列车在高速运动中的动态压力分布，以及阻力、升力、侧力、气动噪声等因素的影响，进行列车空气动力学参数的研究和优化设计。
在高速列车中，空气动力学参数主要包括气动力系数、压力分布等方面的参数。
其中，气动力系数是描述列车所受到气动力影响的关键参数。
它是指列车在空气中运动时所受到的气动力与所受到的空气动力学特性间的比值。
气动力系数的大小反映了外部流体对列车运动的影响程度。
三、列车模型建立在进行高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析之前，需要先建立一个准确的列车模型。
列车模型的建立对研究结果影响很大。
在建立列车模型时，需要考虑列车的几何特征、车型参数和测量结果等。
列车模型建立的目的是为了能够准确描述列车的空气动力学特性。
对于不同类型的列车，模型的建立方法有所不同。
在模型的建立过程中，需要根据具体情况灵活运用各种建模方法，如CAD设计、实物测量、数值计算、流场仿真等。
四、数值模拟分析在进行高速列车空气动力学特性的数值模拟分析时，需要将列车模型输入CFD 软件中进行模拟。
通过CFD技术，可以得到列车在空气中流动时所受到的各种气动力系数和压力分布等参数。
考虑车下环境的高速动车组空气流场数值仿真
文章 编 号 ： ０ ２ ５ ３ — ３ ７ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） １ １ — １ ７ １ ７ — ０ ４
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ３ — ３ ７ ４ ｘ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ ． ０ １ ８
第４ １ 卷第 １ １ 期
２ ０ １ ３ 年 １ １月
同 济 大 学 学 报（ 自 然 科 学 版）
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｔ Ｏ Ｎ Ｇ Ｊ Ｉ Ｕ Ｎ Ｉ ⅦＲ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ （ Ｎ Ａ Ｔ Ｕ Ｒ Ａ Ｌ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ）
Ｖｏ １ ． ４ １ Ｎｏ ． １ １
验证 了仿 真方法与结果 的合理性． 关键 词 ： 高速动车组 ； 车下环境 ； 空气流场 ；数值仿真
中图分类号 ： Ｕ２ ７ ０ ． １ 文 献标 志码 ： Ａ
转 向架 上 的各 个 部 件 并 相互 作 用［ ３ ］ ． 因此 ， 有 必 要 研究 其 车 下 流 场规 律 ， 进 而揭 示 高 速 动 车组 车 下 复
Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０１ ８０ ４，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）及 中 间
车后 部 四个 计 算 区域 ， 仿 真 分 析 了运 行 速 度 为 ３ ０ ０
ｋ ｍ・ ｈ 时 高速 列 车各 部 分 的流场 分 布规 律 和运 行 阻力 分 布规律 ．
ｋ Ｐ ａ ． 通 过 分 析 比较 Ｉ Ｃ Ｅ和 Ｔ ＧＶ － Ａ 高速列 车相关试 验数据 ，
随着 高 速 动车 组 运 行 速度 的提 高 ， 空 气 流 场 对
动车组 影 响越 来 越 明显 ［ １ ］ ， 资 料及 试 验 数 据 表 明 当
基于Fluent的高速列车气流噪声数值模拟
基于Fluent的高速列车气流噪声数值模拟刘悦卫;陆森林;左言言【摘要】The airflow noise on the surface of vehicle mainly depends on the fluctuating pressure on its body surface, so it is of great significance to control the airflow noise of high-speed trains in order to research the fluctuating pressure on the surface of vehicle. The fluctuating pressure on the surface of the high-speed train is calculated using large eddy simulation and Fluent noise module. lts fluc-tuating pressure is made change from the time domain into the frequency domain through the fast Fourier transform, then the aerody-namic noise characteristics for the high-speed train is got. By the analysis of the noise spectrum, some aerodynamic noise character-istics for high-speed train are obtained. This provides the reference for reducing the aerodynamic noise.%研究表明车辆气流噪声主要取决于车辆表面的脉动压力，因此研究车辆表面的脉动压力对控制车辆气流噪声具有十分重要的意义。
基于Fluent的高速受电弓明线运行时周围流场数值模拟
基于Fluent的高速受电弓明线运行时周围流场数值模拟杨建鸣;姜旭;孟强【摘要】本文应用Solidworks建立了某型高速受电弓的空气动力学模型,并运用Fluent软件对受电弓在450 km/h的运行速度下,在不同运行方向上的空气动力学性能进行仿真.仿真结果表明受电弓背风面的风压比迎风面风压大一些,在迎风运行时所受的最大压力112600 Pa,背风运行时所受的最大压力为115400 Pa.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】3页(P34-36)【关键词】受电弓;迎风;背风;空气动力;数值模拟【作者】杨建鸣;姜旭;孟强【作者单位】内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学机械工程学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】U225.3;TP391.70 引言随着列车速度的提高，受电弓与周围空气作用变化变得十分剧列，空气动力学性能也发生显著的变化，对受电弓的结构及导流板的设置要求更高，本文以高速双向受电弓为例，以提高受电弓受流质量的角度出发，对高速列车受电弓在不同运行方向的周围流场进行计算及仿真，采用有限元及流体力学基本理论，应用Fluent 就受电弓在运行速度为450 km/h 时不同运行方向的周围流场进行仿真，为受电弓导流板的设计及其空气动力学性能的优化提供参考依据。
1 模型建立1.1 数学模型的建立受电弓在运行速度为450 km/h 时，受电弓周围会形成高雷诺数的三维湍流绕流，本文模型选择的是稳态可压缩流动K－Omega SST 湍流模型。
能量方程:ui 为总能;e = cvTcv—为定容比热;T—为绝对温度;K—为热传导系数;状态方程R 为气体常数。
1.2 确定计算区域及网格划分一般来说，在拟高速列车受电弓外流场时，计算区域选取一个长方体，本文选取计算区域长13 m，宽7 m，高5 m，受电弓在1 846 mm 工作高度处的周围流场。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
目录引言 (2)第一章计算流体力学概述 (4)1.1什么是计算流体力学 (4)1.2计算流体力学（CFD）的发展应用及特点 (4)1.2.1计算流体力学的发展 (4)1.2.2计算流体力学的应用 (6)1.2.3计算流体力学的特点 (6)1.3CFD的求解过程 (7)第二章 CFD软件Flurnt基本简介 (9)2.1Fluent软件的基本特性 (9)2.1.1Fluent软件的网格特性 (9)2.1.2Fluent软件定义边界条件特性 (9)2.1.3Fluent软件的灵活处理特性 (10)2.2Fluent的程序结构 (10)2.3Fluent程序可以求解的问题 (11)2.4用Fluent程序求解问题的步骤 (11)第三章时速200km/h高速列车Gambit建模及计算 (12)3.1建立计算模型 (12)3.1.1利用Gambit建立车体计算模型 (12)3.1.2计算网格划分 (13)3.1.3定义边界和区域 (14)3.1.4生成MESH文件及储存 (15)3.2利用Fluent进行列车仿真计算 (15)3.2.1输入与检查网格 (15)3.2.2选择求解器 (15)3.2.3定义材料 (16)3.2.4定义边界条件 (16)3.2.5设置求解控制参数 (17)3.3计算结果后处理 (17)3.3.1列车外流场的压力、速度特性 (18)3.3.2列车的尾流特性 (20)3.3.3列车表面压力系数及力分析 (21)第四章对称模型的CFD仿真 (22)4.1网格划分 (22)4.2Fluebt仿真计算 (22)4.3计算结果后处理 (23)第五章结论 (26)谢辞 (27)参考文献 (28)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见引言数值仿真就是对所建立的数值模型进行数值实验和求解的过程。
而计算流体力学CFD（Computational Fluid Dynamics）就是在工程仿真实验领域中应用最广泛的一门学科。
任何流体运动的规律都是以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律为基础的。
这些基本定律可由数学方程组来描述，如欧拉方程、N-S方程。
采用数值计算方法，通过计算机求解这些控制流体流动的数学方程，进而研究流体的运动规律这就是CFD研究问题的方法。
在实际计算流体力学方面，采用通用的CFD软件来完成工程上的一些流体力学问题，有极为广泛的应用前景。
近年来，随着计算机技术以及相关技术的发展，CFD技术已经在工程领域内取得重大的进步，特别是在高速列车的外型设计方面起了很大作用。
随着国家经济的发展，国家运输业也有了很大的发展，特别是列车经过几次提速后，高速列车在国家运输行业中所占比例不断提高。
高速列车的特点是庞大、细长、在地面轨道上运行，其空气动力学问题非常复杂。
空气在列车表面形成空气流场，空气阻力急剧增加，作用在列车的阻力大部分来自压强阻力，而一部分来自表面磨擦阻力，这就使能耗过大，同时列车可能出现较大的空气升力，导致列车产生“飘”的现象，激发列车脱轨事故的发生，因此研究高速列车气动力性能非常重要。
用CFD仿真可以详细了解高速列车的空气动力特性，从而设计出阻力小、噪音低等各方面性能完善的高质量列车。
本次毕业设计课题来源于长春客车厂所做的一个科研项目，即采用CFD学科中的常用商业软件Fluent仿真一个时速200km/h的二维流线型车头的外流场，对其空气动力性能进行分析，而设计出阻力小、噪音低等各方面性能完善的高质量列车。
第一章计算流体力学概述1.1什么是计算流体力学计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。
CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值得集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解这些方程组获得场变量的近似值[1-3]。
计算流体力学可以看做是在流动基本方程，即任何流体的运动都遵循的3个基本定律：①质量守恒定律；②动量守恒定律；③能量守恒定律，控制下对流体的数值仿真模拟。
通过这些数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些量随时间变化的情况，确定是否产生涡流，涡流分布特性及脱流区域等。
还可以拒此计算出其它物理量。
流体的运动一般可以通过流动基本方程及相关模型和状态方程由偏微分方程（组）或积分形式方程来描述。
CFD中把这些方程称为控制方程。
这些控制方程的微分或积分项中包括时间/空间变量（自变量）以及物理变量（因变量）。
这些变量分别对应着时间域和空间域及各自区域上的解。
要把这些积分和微分项用离散的代数形式代替，必须首先把求解的问题离散化。
此过程就是求解域被近似为一系列的网格点或单元体的中心，定点或其它特性点上。
在每个网格点上或控制体上，流体运动方程的积分微分项被近似表示为离散分布的变量函数，并由此得控制方程的近似代数方程[4]。
在实际科学及工程中，常采用程序设计语言把求解的过程编成计算机程序，形成CFD软件，通过运行这些软件来得到所需的数值解。
1.2计算流体力学（CFD）的发展应用及特点1.2.1计算流体力学的发展CFD产生于第二次世界大战前后，在20 世纪60年代左右逐渐形成了一门独立的学科[4]。
总的来说随着计算机技术及数值计算方法的发展，从60年代至今，其发展过程可以分为三个阶段。
⑴初始阶段（1965~1974）初始阶段的主要研究内容是解决计算流体力学中的一些基本的理论问题，如模型方程（湍流、流变、传热、辐射、气体－颗粒作用、化学反应、燃烧等）、数值方法（差分格式、代数方程求解等）、网格划分、程序编写与实现等，并就数值结果与大量传统的流体力学实验结果及精确解进行比较，以确定数值预测方法的可靠性、精确性及影响规律。
著名的研究成果如Patankar和Spalding于1967年发表的描述外部绕流问题的抛物线型偏微分方程的P－S方法，1975年推出的解决内流问题的SIMPLE算法等。
另一方面，为了解决工程上具有复杂几何区域内的流动问题，人们开始研究网格的变换问题，如Thompson, Thams和Mastin提出了采用微分方程来根据流动区域的形状生成适体坐标体系，从而使计算流体力学对不规则的几何流动区域有了较强的适应性，逐渐在CFD中形成了专门的研究领域：“网格形成技术”。
⑵开始走向工业应用阶段(1975～1984年)随着数值预测、原理、方法的不断完善，关键的问题是如何得到工业界的认可，如何在工业设计中得到应用，因此，该阶段的主要研究内容是探讨CFD在解决实际工程问题中的可行性、可靠性及工业化推广应用。
同时，CFD技术开始向各种以流动为基础的工程问题方向发展，如气固、液固多相流、非牛顿流、化学反应流、煤粉燃烧等。
但是，这些研究都需要建立在具有非常专业的研究队伍的基础上，软件没有互换性，自己开发，自己使用，新使用的人通常需要花相当大的精力去阅读前人开发的程序，理解程序设计意图，改进和使用。
1977年，Spalding等开发的用于预测二维边界层内的迁移现象的GENMIX程序公开，其后，他们首先意识到公开计算源程序很难保护自己的知识产权，因此，在1981年，组建的CHAM公司将包装后的计算软件（PHONNICS－凤凰）正式投放市场，开创了CFD商业软件的先河，但是，在当时，该软件使用起来比较困难，软件的推广并没有达到预期的效果。
我国80年代初期，随着与国外交流的发展，科Z 学院、部分高校开始兴起CFD的研究热潮。
⑶快速发展期(1985年～)CFD在工程设计的应用以及应用效果的研究取得了丰硕的成果，在学术界得到了充分的认可。
同时Spalding领导的CHAM公司在发达国家的工业界进行了大量的推广工作，Patankar也在美国工程师协会的协助下，举行了大范围的培训，皆在推广应用CFD，然而，工业界并没有表现出太多的热情。
1985年的第四界国际计算流体力学会议上，Spalding作了CFD在工程设计中的应用前景的专题报告，在该报告中，他将工程中常见的流动、传热、化学反应等过程分为十大类问题，并指出CFD都有能力加以解决，分析了工业界不感兴趣，是因为软件的通用性能不好，使用困难。
如何在CFD的基础研究与工程开发设计研究之间建立一个桥梁?如何将研究结果为高级工程设计技术人员所掌握，并最大限度地应用于工程咨询、工程开发与设计研究?这正是本时期应用基础研究所追求的目标。
此后，随着计算机图形学、计算机微机技术的快速进步，CFD的前后处理软件得到了迅速发展，如GRAPHER，GRAPHER TOOL，ICEM－CFD等等。
同时，一些经济实力雄厚的实体也见到了CFD 应用软件的巨大商机，纷纷介入。
如美国的FLUNENT、ANSYS及英国的AEA等[5]。
1.2.2计算流体力学的应用CFD分析研究可以提供工程设计、生产管理、技术改造中所必需的参数，如流体阻力（阻力损失），流体与固体之间的传热量（散热损失等），气体、固体颗粒的停留时间，产品质量，燃烬程度，反应率，处理能力（产量）等综合参数以及各种现场可调节量（如风量、风温、组分等）对这些综合参数的影响规律性。