流线型地铁列车车头设计及其气动性能分析

摘要

现代地铁经过了一个多世纪的发展，如今已经相当的完善，它已成为目前世界上各大城市用于缓解城市交通压力的一个最为重要的手段。越来越多的城市把地铁当作自己的城市名片，地铁列车的外形设计开始受到人们的重视。于是，外观光滑流畅且极富现代感、时尚感的流线型车体开始成为地铁列车外形的首选。同时，随着地铁逐渐向城市郊县延伸，提速已成为必然趋势，且人们对城市环境的要求也越来越高，改善地铁列车运行时的气动效应开始成为地铁技术发展的一个重要方向。本文的研究目的就是提出既美观实用又具有良好气动性能的流线型地铁列车车头设计方案，具体工作分为以下几个方面： (1)提出并建立地铁列车车头造型及其改进方案的计算模型，运用列车空气动力学原理并借助流体分析软件CFx对计算模型进行仿真计算。 (2)根据计算结果分析比较各模型的外流场、压力场的分布以及各气动性能参数的不同，得出具有良好气动性能的车头外形设计参数，并分析出不同外形、不同工况下车头气动参数的关系，为地铁列车外形设计提供了理论基础。 (3)基于上述理论分析，运用造型设计原理和列车气动设计指标，结合城市特点提出若干不同风格的列车车头流线型造型设计方案。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题提出背景和研究意义

1.1.1列车造型的发展

1.1.2列车空气动力学的兴起

1.1.3数值模拟技术的发展

1.2列车空气动力学研究发展状况

1.2.1国外列车空气动力学发展状况

1.2.2国内列车空气动力学发展状况

1.3本文研究内容与主要成果

1.4论文结构

第二章列车空气动力学基本原理

2.1列车外流场的物理描述

2.2列车空气动力学的主要研究方向

2.2.1列车的空气阻力

2.2.2压力波

2.2.3列车风

2.2.4气动噪声

2.3小结

第三章流场数值仿真的理论基础

3.1理论流体力学理论基础

3.1.1列车外流场特性

3.1.2流体力学的基本方程

3.1.3湍流运动的基本方程

3.1.4常用湍流模型

3.2计算流体力学基础

3.2.1 CFD中常用的数值方法

3.2.2有限元法

3.2.3有限体积法

3.2.4网格的划分方法及准则

3.2.5边界条件处理

3.3数值仿真中对外流场特性的假设条件

3.4 小结

第四章列车车头绕流场的计算与分析

4.1 CFX流场分析概述

4.1.1 CFX的湍流模型

4.1.2边界条件

4.2列车模型的建立

4.2.1 B型车标准限界

4.2.2列车气动设计指标

4.2.3用于数值计算的地铁列车模型

4.3计算区域的确定

4.4计算区域网格的生成

4.5列车外流场仿真优化流程图

4.6设置CFX分析参数

4.7边界条件的设定

4.8列车车头绕流场计算结果及分析

4.8.1列车头部外流场速度矢量图

4.8.2列车头部外流场压力分布图

4.8.3计算结果的分析

4.9小结

第五章流线型列车车头造型设计

5.1造型设计准则

5.1.1功能设计准则

5.1.2美学设计准则

5.2车头造型设计

5.2.1流线型车头的发展现状

5.2.2设计方案

5.3 小结

第六章总结与展望

6.1课题总结

6.1.1工作总结

6.1.2课题中的不足之处

6.2展望

致谢

参考文献