文档介绍：第 28卷第 24期甘肃科技 Vol28 No24
2012年 12月 GansuScienceandTechnology Dec 2012
高速列车数值计算模型网格划分方法研究
赵鹤群,陈冬鹤,王冲
(吉林铁道职业技术学院,吉林吉林 132001)
摘要:网格生产技术是 CFD数值模拟计算的关键技术,网格的优劣直接影响计算的收敛性,决定着数值计算的准
确精度和计算成本。结合 ICE2高速列车简化模型,使用 ICEMCFD软件,划分结构化网格和非结构化网格,比较两
种网格的网格质量,对比数值计算结果,总结不同网格类型的优缺点和适应性,为复杂车体模型的网格划分提供参
考依据。
关键词:CFD;高速列车;数值模拟;网格
中图分类号:TQ633
高质量的网格是 CFD计算的前提条件,即使在计算区域入口距车头 625L,计算区域出口距车尾
CFD高度发达的国家,网格生成仍占整个 CFD计算 30L。车体几何尺寸、计算区域及坐标轴方向如图 1
任务全部人力时间的。复杂外形的网格生成技术已所示[3]。
经成为 CFD技术推广的一个巨大障碍,同时也是影
响 CFD计算的关键技术之一,网格品质的好坏直接
影响到数值计算得精度和计算时间,而且这种影响
在许多情况下是决定性的。因此网格生成受到世界
各国 CFD工作者和工业部门的重视[1,2]。
1 模型建立及网格划分图 1 计算区域及 ICE2简化车体
12 网格划分
随着列车行驶速度的提高,为了降低列车运行
模型网格划分使用 ANSYSICEMCFD软件,可
阻力,改善操纵的稳定性,提高安全舒适性及减小其
生成块结构化网格、非结构化网格、适体坐标以及 H
对周边环境的影响,也促使了列车头部形状由平直
型自适应网格。主要采用结构化和非结构化两种网
型向流线型变化,特别高速列车问世后,列车前、后
格类型。
端采用相同的流线型外形。它们的外形特点是表面
结构化网格数据组织方便,计算效率和计算精度
光滑,并采取大斜度扁鼻锥的圆弧过渡,剔除了尖棱
高。拓扑结构相当于矩形域内的均匀网格,其节点定
角平直面过渡,减小外露构件,并采用整流措施,使
义在每一层的网格线上,因而其存储比较简单,所需
列车头部表面流态呈现稳定的层流状态。明显地降
低了气动阻力,减少了功率损失。当与此同时,也给的存储空间也相对较少。但它对复杂几何外形的网
对列车进行数值模拟分析时的网格划分带来了难格生成比较困难。建立的结构网格如图 2所示,网格
度。因此,如何合理建立高质量的网格模型成为高数为 450万,在划分过程中由于车头部分曲线型结
速列车在数值模拟计算当中的一个重要难题。构,将该区域块进一步细化,在曲率较大的区域,将块
11 计算区域确定划分的更加细致,建立相应的辅助线和点,这样生产
选用列车模型为简化的德国 ICE2高速列车。的网格质量才能满足 CFD计算,不至于发散[1,4]。
理论上讲,列车对周围空气的影响范围是无穷远的。非结构网格具有几何灵活性和有利于进行网格
但计算区域不可能选取无穷大,因此计算计算中通自适应的数据结构随机性,近来逐渐得到人们的重
常以不影响车体附近的流体流动为限来确定计算区视;但需要较