基于颗粒轨道模型的高速列车多相流数值模块和分析

摘要

现如今我国高速铁路发展的步伐不断加快,随着列车速度的提高,在不同工况下所受到的气动性能也愈发复杂;随着铁路线路的不断延伸以及我国复杂多变的天气环境,高速列车在恶劣天气环境下的行车安全也越发重要。本文主要采用定常不可压N-S方程、标准k-ε两方程的湍流模型、以及基于颗粒轨道的多相流模型,通过Fluent软件研究高速列车在降雨和冰雹条件下行驶时的情况。
　　 论文的第一部分主要研究列车在单相流条件下受到的气动力。首先建立列车模型,考虑了转向架、受电弓和风挡等复杂的列车部件;其次求解基于欧拉方法的N-S方程和湍流方程,并模拟以270km/h的速度在明线行驶的列车外流场,计算压力分布,分析阻力、升力以及其系数,并与试验结果进行对比;研究揭示了列车每一个部件对整车气动性能的影响,分析了造成这些影响的原因,研究结果对减阻设计和列车外形设计具有一定的参考价值。
　　 论文的第二部分主要研究列车在降雨和冰雹条件下受到的气动力。首先求解基于拉格朗日方法的颗粒轨道模型,并应用于雨滴和冰雹等不同颗粒;其次,在Fluent软件中加入离散相模型,计算NACA机翼在大雨中的气动性能并与实验数据对比,发现两者较好吻合,验证了拉格朗日-欧拉方法相结合的多相流模型;接着将验证过的计算模型应用于高速列车多相流的模拟,即高速列车在降雨和冰雹环境下行驶的数值模拟,观察列车周围和表面第二相颗粒的分布,并解释造成这些现象的原因;对比明线行驶和多相流环境中的气动力如阻力、升力和横向力等,研究第二相对列车行驶安全的影响,为列车行车安全提供理论依据。