文档介绍：毕业设计论文
关于高速动车组空气动力学的几点计算方法
第一章绪论
第一节研究的意义
从1964年10月1日的0系高速列车投入东海道新干线高速铁路营业运行以来,日本新干线高速列车已有30多年的发展历史了,相继研制开发了100系、100N系、200系、El(Max)系、400系、300系、500系等高速列车,并为21世纪最高运行营业速度30Okm/h-35Okm/h,开发了WIN350、300X、STAR2l等3种高速试验列车,日本高速列车是在既有线旅客列车技术基础上逐步发展起来的。
1872年,日本修建的第一条1067mm轨距的铁路,也是采用动力集中的蒸汽机车牵引;后来在京都地区出现了城市地面有轨电车;1910年出现了电动车组,主要在高速铁路线上运行;到1930年-1940年,电动车组也仅仅在有限的铁路线上运行。这种电动车组主要在40km-5Okm范围的短途运输中采用,而长途的铁路运输主要还是采用蒸汽机车牵引。战后,日本东海道铁路运输量急剧增长,旅客列车严重超员,运输压力增大。到1951年,东京-滨松间已开通电动车组运行,但东京-大扳仍采用机车牵引。随着车辆的轻量化、电机技术的发展和转向架悬挂技术的发展等,均促使电动车组技术的发展。
目前,伴随着列车提速引起的空气动力学及空气声学问题作为实际解决的工程问题而倍受关注。随着列车的提速,很多在低速情况下可以忽略的工程问题突现出来了,比如当列车速度达到200km/h时,空气阻力占全部运行阻力的75%以上:另外由于较高的运行速度带来的较大的空气作用力会对列车的诸如倾覆稳定性、运行稳定性、安全线距、周围建筑物和环境噪声,及会车压力波和进出隧道及隧道会车等带来了较大的影响,即这些空气动力学噪音、振动、列车交会引起的脉冲压力、隧道出口的脉冲压力波和列车内部乘客的耳鸣等是列车提速受限的主要因素。[1]
现在,发展高速列车是各国的一个主要战略,许多国家都在运营高速列车,如德国城市快车ICE、日本新干线和法国高速列车TGV;而且,许多国家例如南韩和中国正在建设高速列车。所以相关工作如研究高速列车空气动力学、改进现有的传统铁路和发展新一代的高速列车系统是迫切需要的。[1]
基于此,本文着手研究高速列车空气动力学特性。其中重点研究的是机车外形对其空气动力学的影响
,并寻找一种合理可靠的计算列车各项阻力系数的研究方法。
第二节研究的内容和目的
研究下列问题,并与一些文献的实验数据对比,总结出一套合理可靠的计算机车绕流的计算方法。
研究的主要内容如下:
(一)三维圆柱稳态绕流计算:研究模型导入及网格划分。
(二)三维圆球稳态绕流计算:研究包络面的建立及其网格划分。
(三)三维圆球非稳态绕流计算:研究计算区域的确定及相关系数计算。
(四)三维圆柱非稳态绕流计算:研究高质量网格的划分及其绕流计算的合理性。
研究的目的:
根据以上研究的内容: 建立流线型机车造型,划分高质量网格,设定合理的计算参数,进行三维动车组外形模拟及其网格划分,并进行绕流计算。

第三节研究的方法
[2]和Pro/[4]进行几何模型的建立,[3]对模型进行网格划分,ICEM CFD转换网格形式,最后用商业软件STAR-CD进行绕流计算。
根据数值模拟的可视化计算结果,得出列车周围的流场特征,分析列车周围的速度分布、压力分布及车身表面的压力系数。然后编制程序,进行有关用户参数的求解。
第四节高速机车外形设计的综合因素
高速列车运行时,空气阻力可达列车总阻力的80%,高速列车运行时的空气阻力已成为主要的阻力因素要减少能耗,必须尽可能减少空气阻力。表1是不同速度等级的机车阻力系数对照表。[1]
从表中可见:中、高速机车的阻力系数比常规机车的阻力系数要小许多,中高速机车之所以比常规机车的阻力系数小是因为它们进行了流线化的外型设计,同时,研究也表明:经过流线化外型设计后的机车其会车压力波。气动侧力及气动噪声也都比常规机车小,因而高速机车外形的流线化是减少运行阻力,保证高速列车运行品质的先决条件。高速机车的外形流线化包括高速机车车体主体结构本身的外型流线化和外露附件的减阻。高速机车车体主体结构本身的外型流线化,又包括车头几何形状的流线化和车身横截面形状的流线化。流线化机车车体外轮廓表面沿长度方向大致可分为机车头部(司机室)和车身(车体中,后部)两部分,目前,根据空气动力学的有关理论,通过计算机模拟和比选,并经过风洞模拟实验,验证得到的高速机车气动外形方案,其空气阻力,会车压力波,侧力及气动噪声都是比较小的,但是,如何将根据上述步骤获得的气动外形方案变成现实的高速机车车体结构,则还有许多工作要做,还要综合考虑许多因