[发明专利]一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法

权利要求书

1.一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1、使用三维建模软件建立全尺寸多编组列车及铁路隧道的三维几何模型；

S2、设置计算域并网格划分，计算模型的尺寸与实际尺寸相同，分别建立包括隧道结构的背景计算域和包括多编组列车的前景计算域；其中，隧道结构的背景计算域包括隧道结构内部空气域及进出口外侧的部分空气域；多编组列车的前景计算域包括多编组列车及其周围的空气域；

S3、将隧道及列车计算网格模型分别导入基于有限体积法的fluent中，检查网格质量，设定求解模型、边界条件及移动网格方式，并布置相关测点，定义各项残差及测点动态压力监视器；

S4、调整计算时间步长、时间步数和迭代次数，进行高速列车车致脉动风压数值仿真计算；

S5、将仿真结果与实验数据对比验证数值方法的准确性，

若误差在设定范围内，则认定模型正确，

若误差不在设定范围内，则返回S2，重新调整网格计算。

2.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，在S2中将列车及其周边空气域以及隧道内部空气域网格加密，将远离部分的空气域网格密度粗化处理。

3.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，S2中计算域离散化的网格类型时，车体表面第一层网格厚度设为0.001m，增长率设为1.1。

4.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，S3中分别导入的隧道及列车计算网格模型部分重叠，其列头与隧道入口的相对位置为60m。

5.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，S3中查看网格质量的方法为，检查是否存在负体积网格；

若存在，则执行S2，重新调整网格；

若不存在，则继续执行S4。

6.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，S3中采用非定常、粘性、可压缩N-S方程和SSTκ-ω湍流模型模拟高速列车进入隧道的过程，出入口处的计算域边界分别设为压力出口边界和压力远场边界，列车、地面和隧道壁面均设为无滑移壁面条件，采用压力-速度耦合方案求解；其中，扩散项使用二阶中心差分格式；对流项采用二阶迎离散格式；瞬态方程采用一阶隐式格式。

7.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，S3中采用重叠网格法完成列车移动形式的设置，将前景计算域设置为MeshMotion形式，并在列车移动的方向进行速度设置；

设置前景计算域外边界为overset类型以实现数据交换，并进行计算初始化，以使得前景与背景网格重叠化。

8.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，S4中计算的时间步长应满足单个时间步长内列车运行的距离不应超过隧道长度方向的网格长度用于捕捉压力峰值，即满足CFL数应小于1的要求；

其中，CFL数的表达式为：

Δx表示隧道沿列车运行方向的网格尺寸；Δt表示时间步长；U表示列车速度。

9.根据权利要求1所述的一种多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法，其特征在于，S5中分析隧道内的测点风压曲线并与试验数据进行对比，若仿真程曲线与实测曲线的形式相同且最大风压值误差小于5％，则认定模型正确。