文档介绍：西南交通大学
博士学位论文
基于EBE策略的列车三维紊态外流场有限元法并行计算研究
姓名:杨忠超
申请学位级别:博士
专业:车辆工程
指导教师:刘应清
摘要咚倭谐档耐饬鞒∈歉丛拥娜商鳎庖晃商鞫粤谐岛椭芪У幕肪同时际蹙哂心谠诘母叨炔⑿行裕苡行岣叻匠套榈那蠼馑俣本文西南交通大学博士研究生学位论文造成许多不利的影响,因此高速列车外部流场的状态一直是车辆空气动力学者所关心的问题。根据高速列车粘性紊态绕流的特点,;。⒘烁咚倭谐低饬鞒的计算模型。在近壁区域采用壁面函数修正紊流模型。基于有限元法建立了流场求解列式,为保证其收敛性,采用了迭代罚函数法,集中质量矩阵,缩必组集和存储总刚矩阵,能有效地减小了方程组求解时对内存空间的要求,二维和三维紊态流场的有限元并行计算程序。在国家高性能计算中心啥的曙光并行机上用此程序计算了二维倒台阶流和四种高速列车车型的三维外流场。通过与试验结果对比,表明本文提出的计算方法是正确可行的。/用三维并行计算程序模拟了四种不同高速列车车型的外流场,获得了不同的速度分布规律及其变化情况,分析了列车头部形状对它们的影响。从而得第减积分计算,带参数的迭代求解,引入松驰因子及双层解法等技术,提出了一套适合流场有限元方程计算的非线性方程求解方法。针对求解流场有限元方程组占用计算机内存资源过多、限制求解规模的缺点。采用分离式求解法,在求解流场各参数方程时,在国内首次引入际酰珽技术不首次将际跤隤和迭代法结合起来。得到并行的甈算法和瓸惴ǎ∪×嘶贓的预处理矩阵。利用上述的计算模型和处理技巧,结合甈算法和瓸惴ǎ嘀屏本文还提出了一种网格分维新的计算公式,并基于网格分维对直接解法,组集总刚矩阵的迭代解法和基于牡夥ǖ热址椒ǖ拇娲⒘亢图扑懔进行了分析和比较,得出了直接解法无论存储量和计算量均最大,基于迭代解法存储量最小的结论;在曙光并行机上估计了基于法的计算规模,说明只要充分利用各处理机的内存,可解问题的规模是非常巨大的:对二维倒台阶流并行计算进行了性能分析,表明基于呗缘牡代解法能获得较高的加速比。故而表明本文提出的基于呗缘牟⑿屑扑车型的运行阻力:详细分析了列车附近流场的压力分布及其变化情况,讨论了列车头型对列车通过时产生的压力波动的影响:分析了四种车型外部流场方法是有效的。,
关键词:高速列车:有限元法;并行计算:煌穹治学研究具有~定的理论意义和较大的应用价值。/西南交通大学博士研究生学位论文到列车外部流场中压力和速度分布状况的较为完整的认识,为列车的强度设汁,列车周围设施的抗风设计以及路边作业人员的安全和行为规范的制定提了一个可资参照的依据。本文的工作对进一步发展我国高速列车空气动力第页
西南交通大学博士研究生学位论文第扣￡·.甌,琋甀....瑂琲瓵.,,甈瓸畇琲甌,
西南交通大学博士研究生学位论文第篽猻,珽,,琣,,瓻瓸猻琲甋—.瑃,瑅琣,..·..琭琣
第滦论研究背景高速列车绕流场研究的必要性西南交通大学博士研究生学位论文铁路是国民经济的大动脉。我国铁路的发展和建设落后于经济的发展。随着我国国民经济健康、高速的持续发展,铁路运输的落后现状已成为制约国民经济发展的瓶颈因素。为了改变我国铁路技术和运能的落后局面,国家/闵钕咦几咚倭谐凳彼策,为我提供了难得的机遇,必将极大地推/鹿鶬高速试界铁路客运发展的共同趋势,也是铁路技术现代化的主要标志之一【。世界高期内修建高速铁路有公里,并开始由高速线向高速铁路网发展【俊D壳埃我国已开始对高速铁路进行研究和建设,各项研究工作已取得了初步成果时速为ɡ镆陨系母咚倭谐档某晒υ擞J沟没曰徒倌暌殉上ρ艄第芷国民经济发展十年纲要和八五规划中提出了以交通、能源为重点的发展战略,其中将发展高速客运技术列入重点科技攻关项目。我国现有铁路经大力改造,四次全面提速,普通列车时速达到/曛咀盼夜咚偬芬呀肫鸩浇锥巍>喾铰壑ぃ乙/陨系母咚偬返恼铰跃霾逫⑶以凇肮窬和社会发展九五计划和年远景目标纲要”中强调科技兴国的战略,指出高技术产业化的重点之一是铁路高速客运。国家关于发展高速铁路的战略决动我国铁路建设事业的蓬勃发展。自年本建成列车时速/亩ê5佬赂上咭岳矗鹿⒎ü英国、瑞典、意大利等国相继建成多条时速/陨系母咚偬废摺D前,高速铁路最高运营速度是法国笪餮笙验车的试验最高速度已达到/ü腡高速试验车已达到/匝樵诵兴俣龋夜闵钕咦几咚俪凳彼僖汛锏/K孀糯判列车从实验室走向应用,车速还将进一步提高。由于高速铁路具有快速、可靠、经济以及与环境的良好兼容性等特点,使铁路与其它运输方式竞争取胜变成了现实,改变了交通运输,特别是旅客运输的格局】。发展高速铁路是世速铁路总运营里程达公里,正在修建的高速铁路有公里,计划近作出研究