明线上高速磁浮列车交会时压力波与气动性能研究

摘要

磁悬浮列车不同于普通的地面交通，它不使用摩擦力当做驱动力，而是利用磁铁间的相吸和相斥作用，使列车在轨道上悬浮的同时获得动力。
　　磁悬浮列车相比传统的轮轨列车有许多优点，包括噪音低、线路适应性强、能耗低等。高速轮轨与民用航空之间一直以来都有一定的速度空白，而磁浮交通系统刚好可以完美弥补这一空缺，可在中长距离实现舒适旅行。侧向力会对磁浮列车的行驶稳定性产生影响，而气动升力因为会对磁浮列车底部和轨道间的缝隙大小造成影响，对磁浮列车的平稳性和安全性产生的不利影响更甚于轮轨列车，因此，磁浮列车的侧向力、升力的研究都是必不可少的。
　　交会压力波是两车交会时，两车的间隙处的空气流动瞬间变化产生的巨大压力冲击。会车时产生的压力波不但影响乘客乘车的舒适性，严重时更有可能使列车头部和侧面车窗发生破裂。因此，研究磁浮列车的空气动力学性能是及其必要的。影响会车压力波的因素有很多，如交会速度、列车细长比、列车流线型程度、线间距等。本文主要研究明线上不同速度以及不同车型交会的情况下压力波的变化。交会压力波同时也会使车身受到瞬间变化的力，使车身摇晃，严重影响行车稳定性。
　　本文以高速磁浮列车模型为研究对象，建立了用于求解磁悬浮列车三维、粘性、可压缩、非稳态、湍流流场的数学模型和物理模型，使用重叠网格方法实现两列车的相对运动过程。
　　首先，将上海磁浮实车试验的压力波结果与计算得出的压力波结果进行对比，验证了本文所采用的重叠网格技术来模拟交会过程的可行性，以及网格划分的思路的合理性。
　　其次，采用上述的数值计算方法，分析了磁浮列车以不同速度交会时压力波及气动力的变化特性，得出了压力、侧向力、升力的变化幅值都随着交会速度的升高而增大。
　　最后，引入了曲线头部更长的型车型，采用上述的数值模拟方法，比较了两种不同头型的磁浮列车交会时，压力波及气动力的变化特性。得出了新车型对交会压力波的反应更为平缓，更有利于行驶稳定性。同时，新车型交会时的升力、侧向力变化幅值也小于TR08型磁浮列车。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国外磁浮列车发展概况

1．2．1 德国

1．2．2 日本

1．2．3 其他国家

1．3 国内磁浮列车发展概况

1．4 磁浮列车空气动力学问题

1．5 磁浮列车空气动力学研究方法

1．6 国内外研究现状

1．6．1 国外研究现状

1．6．2 国内研究现状

1．6．3 存在问题

1．7 研究内容及方法

1．7．1 研究内容

1．7．2 研究方法

2 数值计算方法

2．1 明线行驶的磁浮列车周围气流特点

2．2 控制方程

2．2．1 连续性方程

2．2．2 动量方程

2．2．3 能量方程

2．3 湍流数值模拟方法

2．4 流场计算的数值计算方法

2．5 STAR—CCM+简介

2．6 重叠网格方法

2．7 交会压力波实车试验

2．8 交会压力波验证

2．8．2 计算区域

2．8．3 边界条件和网格划分

2．8．4 交会压力波验证

2．9 本章小结

3 明线交会压力波

3．1 计算区域与边界条件

3．2 网格划分

3．3 测点布置

3．4 交会压力波形成机理

3．5 交会时外流场压力特性

3．6 交会压力波特性

3．7 交会时侧向力、升力特性

3．8 不同速度下交会压力波特性

3．8．1 列车头、尾鼻尖处压力变化特性

3．8．2 车身交会侧压力变化特性

3．8．3 车身上表面压力变化特性

3．8．4 车身各测点压力波变化幅值

3．9 不同速度下交会气动力特性

3．9．1 侧向力变化特性

3．9．2 升力变化特性

3．10 本章小结

4 不同头型下交会压力波的变化

4．1 两种头型外形比较

4．2 两种头型交会时压力波比较

4．2．1 列车头、尾鼻尖处压力变化特性

4．2．2 车身交会侧压力变化特性

4．2．3 车身上表面压力变化特性

4．2．4 车身各测点压力波变化幅值

4．3 两种头型交会时力的变化

4．3．1 侧向力比较

4．3．2 升力比较

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果