[发明专利]高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置

说明书

本发明公开了一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置，所述方法包括建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；确定气动阻力强关联特殊流动部位和尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；最后将射流口作为速度入口边界条件，根据参数集合及具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算不同射流口位置列车的气动阻力随不同射流参数的变化曲线，以确定最优减阻方案。本发明提供的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，减少了研究周期和花费成本，提高了仿真结果的精确度。

技术领域

本发明涉及列车气动减阻技术领域，尤其涉及一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法、装置、终端设备和计算机可读存储介质。

背景技术

目前，列车运行过程中的能耗主要用于克服运行阻力，在高速运行状态下列车受到的空气阻力随速度的平方急剧增加，对节能和环保提出新的挑战，因此列车空气阻力研究是高速列车减阻节能的主要考虑因素。现有技术下，主要通过对高速列车头型进行特定结构的设计与局部结构优化，或者湍流流场主动控制方法来实现减阻降噪。但是前者通过改动外形来提高列车气动性能方法已经趋于完善与成熟，并受人机空间、制造工艺和设计要求不断提高的限制，有较大的局限性；且该方法主要适用于列车设计初期，存在设计周期长、成本高的问题。而后者在如何实现精准主动射流调控的问题上，仍缺少机理性和准则性依据，若采用纯模型试验的方法同样会耗费大量的成本和研究周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置，所述方法通过确定与高速列车气动阻力形成强关联的特殊流动位置，可精确定位尾部射流位置；通过确定尾部射流对高速列车三维、高湍流度复杂流动的局部影响范围、强度、正抑制或负增强等干扰机理，为科学调控提供依据，提高主动射流调控的精准性；通过数值仿真的形式，过程不受试验环境影响，进而减少研究周期和花费成本。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，包括：

建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；

根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位；

根据所述气动阻力强关联特殊流动部位确定尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中，所述参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；所述尾部射流位置包括第一位置、第二位置及第三位置；

将射流口作为速度入口边界条件，根据所述参数集合及所述具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算所述第一位置、所述第二位置及所述第三位置的列车气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定最优减阻方案。

进一步地，所述建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式，包括：

建立高速列车三维几何简化模型，所述模型包括头车、中车及尾车；

根据有限体积法，建立所述高速列车的明线单车运行气动特性数值仿真计算区域；设定所述计算区域边界条件；

根据结构化网格技术，对所述计算区域和所述高速列车表面边界层网格进行精细划分，建立粗糙网格层、中等网格层及精细网格层三种网格密度，进行网格无关性分析，选取所述中等密度为计算区域网格；

根据预设列车运行条件，设置初始边界条件、湍流模型、耦合求解格式、离散格式、残差参数、监控参数设置求解格式。

进一步地，所述高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，还包括设置基于Realizable k-ε的湍流模型。