[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

说明书

本发明涉及流体数值模拟建模领域，具体为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，包括以下具体步骤：S1、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，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，并对各部命名；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；S4、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。本发明提供的方法在保证计算精度的同时，降低了多列车编组数值模拟对计算机性能的要求，有益于优化铁路结构设计。

技术领域

本发明涉及流体数值模拟建模领域，具体为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。

背景技术

高速铁路列车空气动力现象与列车速度和运行环境密切相关，列车在空气中高速运行，使列车周围空气产生强烈的扰动，扰动的空气会对列车周围环境产生一定的负面影响。目前复兴号中国标准动车组实现时速350km/h的商业运营，智能型动车组实现时速350km/h自动驾驶，铁路大功率机车、重载车辆以及通信信号等装备水平大幅提升，推动时速400km/h级及以上高速铁路关键技术成为进一步发展的趋势，相应地高速列车空气动力学问题变得更加重要。

为减小计算域，降低网格生成数量，提高计算效率，现有的数值风洞试验技术多将长列车编组的高速列车简化为3节高速列车研究列车引起的空气动力问题，但对某些情况是不适用的，尤其对于高速列车引起的隧道空气动力问题，隧道压力波受列车长度的影响较大，传统简化数值模拟方法得到的数值结果存在一定的误差。

发明内容

本发明目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种能解决现有技术中由于计算域大以及网格数量多而导致计算效率较低问题的多列车编组的车致隧道气动效应的三维数值模拟方法。

本发明的技术方案：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，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，并对各部命名；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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。