基于形态仿生的高速列车减阻仿真研究

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1、ｍ爾士学位论文ＭＡＳＴＥＲＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ＿论文题目：基于形态仿生的高速列车减阻仿真研究国内图书分类号：：Ｕ２７１．９１密级公开国际图书分类号：６２９．４西南交通大学硕士研究生学位论文基于形态仿生的高速列车减阻仿真研究年级—二级：二０姓名：张传英申请学位级别：工学硕士专业：流体力学指导教师：张继业教授二零一五年五月ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：Ｕ２７１．９１Ｕ．Ｄ．Ｃ：６２９．４ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｇｙＭａｓｔｅｒＤｅｒｅｅＴｈ

2、ｅｓｉｓｇＳｔｕｄｏｎ－ＤｒａＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＨｉｇｈｓｐｅｅｄＴｒａｉｎｙｇＢａｓｅｄｏｎＭｏｒｈｏｌｏｉｃａｌＢｉｏｎｉｃｐｇＧｒａｄｅ：２０１２．．Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＺＨＡＮＧＣｈｕａｎｉｎ．ｙｇＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄｆｏｒ：ＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＳｅｃｉａｌｉｔ：ＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓｐｙＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＺｈａｎｇＪｉｅｙＭａｙ．２０１５西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的

3、规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密口，在年解密后适用本授权书；２．不保密使用本授权书。ｆ“”（请在以上方框内打＞／）＾学位论文储魅：老陳纟：＾＾＂＞＾０、丨日期５．５：又日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：选择四种典型动物大白置、蜂鸟、海豚、乌贼，利用ＣＦＤ软件Ｆ

4、ＬＵＥＮＴ计算了仿生设计列车的基本气动性能，发现仿生设计列车具有减阻效果。分析仿生列车阻力与。截面积变化率的关系，发现流线型线性程度越高，阻力越小计算分析了仿生设计列。车的横风气动性能，发现仿生设计列车的倾覆力矩均小于ＣＲＨ型动车组分析了仿生设计列车表面气动压力以及糖动能分布、、海膝，并以此为参考进行大白璧型蜂鸟型型３５０ｋｍ／ｈ工程化设计。分析了流线型长度对列车的气动性能影响，并进行大白藍型、蜂鸟型一６００ｋｍ／ｈ工程化设计，为我国的高速列车头型设计提供定的参考价值。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研宄工作所得的成

5、果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：°．》＞２、５日期：：｜５西南交通大学硕士研究生学位论文第Ｉ页摘要随着中国高速铁路的不断发展及列车速度的提高，列车空气动力学问题日渐显著，减阻问题成为高速列车的研究重点。列车外形与其受到的气动阻力、横风性能关系十分密切。本文以高速列车为对象，旨在以仿生设计为切入点，通过数值模拟方法，进行形态仿生应用于高速列车的减阻性能的研

6、究。本文选择了四种典型快速动物作为仿生原型，提取仿生元素进行仿生列车模型的－－建立。基于三维定常不可压缩ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ方程和ＲＮＧｋｅ两方程的模型，利用ＣＦＤ软件ＦＬＵＥＮＴ仿真计算，选择国内服役某动车组ＣＲＨ型作为参考对象，建立高速列车仿生几何模型及计算模型，计算不同仿生设计列车在明线运行下的基本气动性能。除了大白餐型列车，各仿生设计头型均比ＣＲＨ型列车的阻力小，说明仿生设计头型有减阻优势。在各车型均未考虑转向架等车底区域时，仿生设计车型的尾车并没有出现向上的升力。为探宄仿生头型减阻原因，利用ＣＡＤ软件将各头车模型的流线型部位沿

7、阻力方向（即长度方向）进行沿长度方向均分做截面，，得到截面积沿长度方向的曲线２，对其进行线性拟合发现仿生头型截面积沿长度方向的线性相关系数Ｒ越高，其气动阻力越小。建立列车在横风环境下气动性能计算模型－，从影响横风安全性最危险的因素倾覆力矩角度分析，在各车型均未考虑转向架等车底区域时，仿生设计车型的头车倾覆力矩明显小于ＣＲＨ型列车，仿生设计车型的横风气动性能优于ＣＲＨ型列车。根据列车流场的瑞动能、气动压力等流场分布，弱化列车仿生模型的仿生元素，列车后方的流场瑞动能减小，头车正压区和尾车负压区减小，使得列车压差