列车空气动力学
轨道列车空气动力学性能研究与分析
轨道列车空气动力学性能研究与分析轨道列车作为现代交通工具的重要组成部分，其空气动力学性能的研究与分析对于提高列车的运行效率、安全性和舒适性具有重要意义。
本文将对轨道列车的空气动力学性能进行深入探讨，包括气动力学特性、阻力与风噪声的产生机理和控制手段等方面。
首先，我们来了解轨道列车的气动力学特性。
轨道列车在高速运行的过程中，会遇到气动力学效应的限制和影响。
气动力学主要涉及列车与空气之间的相互作用，主要表现为气动阻力、气动升力、气动不稳定性等。
气动阻力是指随着列车速度增加，由于列车与空气之间的摩擦而产生的阻碍某物体运动的力。
而气动升力是指在一定的高度和速度下，由于空气的上升和下降运动产生的力。
此外，气动不稳定性会在列车的高速行驶中产生剧烈震动，影响乘客的乘车舒适性和列车的行驶稳定性。
针对轨道列车的气动力学特性，研究人员通过大量的实验和仿真计算，不断优化列车的外形设计和结构，以降低气动阻力、提高运行效率。
一种常见的设计方法是利用流体力学分析软件对列车外形进行优化。
通过改变列车的前后端形状、减小车身侧面投影面积、改善底部流场等手段，可以有效降低气动阻力，提高列车的能效。
此外，列车机车头部的设计也起到了重要的作用。
采用气动优化的机车头部设计减小了空气流动的阻力，进一步降低了气动阻力。
除了气动力学特性，轨道列车的空气动力学性能研究还需要关注阻力与风噪声的产生机理和控制手段。
阻力是列车运行过程中造成能量损耗的主要因素，其中包括气动阻力、摩擦阻力和辐射阻力等。
减小阻力可以降低列车运行过程中的能量消耗，提高能效。
为了降低气动阻力，研究人员采用了一系列的措施，如采用小阻力车体设计、减小车体侧面投影面积、改变车体几何形状等。
风噪声是轨道列车运行过程中一个重要的噪声源，对乘客的舒适性和周围环境的影响较大。
风噪声的产生主要来自列车与周围空气流动之间的相互作用。
研究人员通过在列车车体上装置风噪声控制装置、调整车厢窗户的设计等手段，来减小风噪声对乘客的干扰。
高速列车空气动力学特性研究
高速列车空气动力学特性研究一、前言高速列车作为一种重要的交通工具，其空气动力学特性对于安全、稳定性和能耗都有着重要影响。
因此，对于高速列车空气动力学特性的研究具有重要意义。
本文将从空气动力学的角度出发，对高速列车空气动力学特性进行研究。
二、高速列车空气动力学基础知识1. 空气动力学基础知识空气动力学是研究气体运动、空气流动和风力的学科。
在空气动力学中，液体和气体统称为流体。
空气动力学主要是研究在流体中运动的物体的物理现象和规律，其核心是研究流体的连续性、动量守恒、能量守恒以及流动的刚体和非刚体运动等基本定律。
2. 高速列车空气动力学特性高速列车是一种大型的运动物体，因此它在行驶过程中会受到空气的阻力和风阻力。
空气动力学特性是指高速列车在空气中运动时受到的各种气动力学因素的综合效应。
这些气动力学因素包括流体的密度、黏度、速度、压力、温度等因素以及高速列车的外形、速度等因素。
因此，高速列车的空气动力学特性是复杂而多变的。
三、高速列车空气动力学特性研究方法1. 数值模拟法数值模拟方法是一种利用计算机模拟高速列车空气动力学特性的方法，其基本思想是将高速列车和周围空气划分为无数个小的单元，通过计算各单元的运动状态来模拟高速列车的空气动力学特性。
数值模拟方法具有精度高、操作简单等优点，但需要大量的计算能力和计算资源。
2. 实验测试法实验测试法是一种通过对高速列车进行实际测试来研究其空气动力学特性的方法。
这种方法通常使用模型来代替实际列车进行测试，通过对模型在不同条件下的测试结果进行分析，以得到高速列车的空气动力学特性数据。
实验测试法具有测试结果准确、直观性强等特点，但成本较高，测试过程复杂。
四、影响高速列车空气动力学特性的因素1. 高速列车的外形高速列车的外形是影响其空气动力学特性的重要因素之一。
不同的外形会导致高速列车在空气中的流动状态有所不同，从而影响其空气动力学性能。
2. 高速列车的速度高速列车的速度也是影响其空气动力学特性的关键因素。
高速列车运行时的空气动力学分析
高速列车运行时的空气动力学分析随着科技的不断进步与发展，高速列车已经成为现代交通系统中不可或缺的一部分。
高速列车运行时面临着许多复杂的工程问题，其中之一便是空气动力学分析。
空气动力学分析是研究列车在运行过程中与周围空气的相互作用，以及对列车运行性能的影响的科学方法。
本文将着重讨论高速列车运行时的空气动力学特性以及相关分析方法。
首先，高速列车在运行时所面临的空气动力学挑战主要包括空气阻力、气动力噪声和抗侧风能力等。
空气阻力是高速列车在高速运行过程中所经历的最主要的阻力。
阻力的大小直接影响列车的能耗和最大运行速度。
空气动力学分析的一个重要目标便是降低空气阻力以提高列车的能效。
减小列车截面积、优化车身外形以及改善车体与空气的流动状态都是降低空气阻力的有效措施。
其次，气动力噪声是高速列车运行时产生的另一个重要问题。
高速列车在高速运行时会产生类似于风声的气动噪声，严重影响列车内部的舒适性。
空气动力学分析可用于优化列车车体和底盘结构，减少气动噪声的产生。
另外，高速列车的抗侧风能力也是空气动力学分析的重要内容之一。
在高速列车系统设计中，必须考虑列车在遭遇风力侧向作用时的稳定性。
通过空气动力学分析，可以确定合理的车体外形、轮轨间距以及悬挂系统等参数，提高列车的抗侧风能力，确保列车的稳定性和安全性。
针对上述问题，空气动力学分析采用不同的方法与技术进行研究。
其中最常见的方法是数值模拟和实验测试。
数值模拟是空气动力学分析中常用的一种方法。
通过建立数学模型和计算流体力学（CFD）仿真来模拟列车在不同运行状态下与空气的相互作用。
在数值模拟中，需要考虑列车的几何形状、气动力学特性以及周围空气的流动状态等因素。
通过对模型进行多次仿真计算和分析，可以获取列车在不同条件下的空气动力学特性。
实验测试则是验证数值模拟结果的一种有效手段。
通过在风洞或运行场地进行实验测试，可以获得列车在真实运行环境中的气动力学数据。
实验测试可以帮助研究人员验证数值模拟结果的准确性，并进一步改进模型和分析方法。
高速列车空气动力学研究技术综述
高速列车空气动力学研究技术综述
1空气动力学研究
高速列车的发展必须结合空气动力学（aerodynamics）研究，它是空气动力学技术应用的重要内容。
近些年，有越来越多的研究者开展了空气动力学研究，研究的重点主要集中在空气阻力、空气动阻控制、空气动力安全等方面。
2抗空气阻力技术
高速列车速度的提高，使得空气阻力成为影响列车运行能力的重要因素，抗空气阻力技术就成为研究方向之一，主要针对的是降低列车的空气动力阻力。
目前，主要策略有减流量降低阻力，改善列车外形、增加减阻效率及有效使用空气动力技术等。
3空气动阻控制技术
高速列车运行过程中，空气动力学要考虑到空气动阻，它直接影响列车的动静平衡，安全运行，以及平稳停车。
因此，研究者着眼于改善列车动静态平衡和提高空气动阻控制能力，目前技术策略主要是建立列车三维外形测量数据，利用计算流体动力学模拟空气动阻，为数值试验和实验提供数据支撑。
4空气动力安全性研究
高速列车的运行环境特殊，空气动力学的安全因素和结构因素都需要考虑，安全性是设计列车前边必须考虑的因素。
研究者着眼于设
计出能够抵抗大风，防止大风中断接线等情况，以及抗击长距离阻力抖动或者平稳性等方面做出安全预防措施。
研究者们借助计算机仿真技术和实验测试，研究了高速列车的空气动力学，以提高列车运行的速度、平稳性和安全性。
这些工作为高速列车技术的发展提供了重要的研究内容和实际操作指导，也为未来的列车研制和设计提供了强有力的科学技术支撑。
列车空气动力学
1、空气动力学中所研究的运动流体范围用马赫数表示，一般分为5个区段：1）低速流Ma<0.3（V=102m/s—367km/h）2）亚音速流0.3<=Ma<0.8（V=272m/s—979km/h）3）跨音速流0.8<=Ma<1.4(V=476m/s—1714km/h) 4)超音速流1.4<=Ma<5(V=1700m/s—6120km/h) 5)高超音速流Ma>=52、主要研究内容：1）不同运行环境下高速绕过列车流动的空气作用于列车上的空气动力、力矩及其产生的机理；2）不同运行环境下高速列车引发的空气动力问题对周围环境影响的规律；3）降低列车空气动力效应的措施。
3、研究方法：理论分析、流场数值模拟计算和列车空气动力学试验4、试验方法：实车试验、模拟试验（风洞试验、动模型模拟试验）5、壁面湍流模型：对于有固体壁面的充分发展的湍流流动，沿壁面法线的不同距离上，可将流动划分为壁面区和核心区（完全湍流区）。
对壁面区可分为3个子层：粘性底层、过渡层、对数律层。
粘性底层：紧贴固体壁面的极层，层流流动，粘性力起主要作用，湍流切应力可以忽略，平行于壁面的速度分量沿壁面法线方向线性分布。
过渡层：粘性力与湍流切应力的作用相当，流动状态比较复杂，很难用公式来描述。
其厚度极小，工程计算中通常归入对数律层。
对数律层：粘性力的影响不明显，湍流切应力占主要地位，流动处于充分发展的湍流状态，流速分布接近对数律。
6、网格分类：结构网格、非结构网格、混合网格7、车辆风洞试验分为测力试验和测压试验。
测力试验内容：测力试验主要有变风速试验和变侧滑角试验两大类，变风速试验是在模型侧滑角不变的情况下，在不同风速下分别测定各节车的气动力。
变侧滑角试验是在风速一定的情况下，通过转盘旋转改变多年联挂列车模型的侧滑力，在不同的侧滑角下分别测定各节车气动力，主要用于研究横风对列车气动性能的影响。
通常列车模型由三节或三节以上的车辆编成，采用多天平侧力，即每节车通过一内置式应变天平和支杆固定在试验地板上，天平感受到的气动力信号经通放器放大和A/D转换，由计算机数据采集处理系统适时显示和分析。
高速铁路车辆的空气动力学与气动噪声控制
高速铁路车辆的空气动力学与气动噪声控制随着科技的进步和人们对快速、便捷交通的需求不断增加，高速铁路成为了现代交通的重要组成部分。
然而，高速铁路车辆的运行过程中产生的空气动力学与气动噪声问题却成为了限制其发展的重要因素。
本文将探讨高速铁路车辆空气动力学与气动噪声产生的原因，以及对其进行控制的方法和技术。
一、空气动力学的基本原理在高速铁路车辆行驶过程中，空气动力学是产生车辆轨道噪声和车体振动的主要原因之一。
高速列车行驶时会形成一个大气动动压区域，空气在车体前缘与车轮转向部分受到压缩，从而产生气流扩散和湍流现象。
这些现象会引起气流分离和涡旋的形成，从而导致车体振动和噪声的产生。
二、空气动力学与气动噪声的主要问题（一）车体振动问题高速列车行驶时，由于空气的压缩和湍流现象，会对车体表面施加不规则的压力，从而导致车体振动。
这种振动会对乘客的乘坐舒适性和列车的稳定性产生不利影响，同时也会增加轨道噪声的产生。
（二）气动噪声问题高速列车行驶时，空气的压缩和湍流现象会引起较大的气动噪声。
这种噪声不仅会对列车乘客和附近居民的生活造成困扰，还会对环境产生破坏。
三、空气动力学与气动噪声控制的方法和技术为了解决高速铁路车辆的空气动力学与气动噪声问题，人们采取了一系列的控制方法和技术。
（一）减小车体阻力减小车体阻力是控制空气动力学噪声的关键。
通过优化车体外形设计，采用减阻器和降噪材料等手段，可以有效降低车体的阻力，减少空气动力学噪声的产生。
（二）优化车轮设计车轮是高速列车行驶时产生气动噪声的重要原因之一。
通过优化车轮的结构和材料，降低车轮与轨道之间的摩擦系数，可以减少气动噪声的产生。
（三）引入隔音设备在高速列车的设计中引入隔音设备，如隔音板、吸声材料等，可以有效降低列车内部噪声和车体振动，提升乘客的舒适性和列车的运行稳定性。
（四）建立噪声防护措施在高速铁路沿线建设噪声防护措施，如噪声屏障、噪声隔离墙等，可以有效减少列车行驶时产生的噪声对周边环境的影响。
列车空气动力学概论教学大纲
列车空气动力学概论教学大纲《列车空气动力学概论》教学大纲课程的基本描述课程名称列车空气动力学概论【单击此处输入英文课程名称】课程编号20CL0212考核方式考查课课程性质专业方向课适用专业车辆工程系参考教材理论田红旗.列车空气动力学.中国铁道出版社，第一版，2007实训张英朝.汽车空气动力学数值模拟技术.北京大学出版社，2011 总学时32学时理论学时24学时实训学时8学时0学时学分2学分开课学期第5学期前导课程高等数学、理论力学后续课程车辆动力学软件原理及应用课程说明2.1课程的地位与任务《列车空气动力学概论》是车辆工程专业的一门专业选修课，课程目标在于培养学生具备进行列车空气动力学分析的的基本知识和基本手段。
课程任务要求具体如下：1、学生通过学习该课程，应能掌握流体力学的基本知识、影响列车运行的空气动力学因素以及空气动力学基础知识；2、掌握列车空气动力学研究手段，数值分析方法，了解列车空气动力学分析在高速列车外形设计中的地位与作用，进而具有综合运用所学的知识，研究改进或开发新的列车外形的能力。
2.2课程教学目标能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决车辆系统复杂工程问题。
具备解决车辆系统复杂工程问题所需的工程基础知识和技能。
2.3学时分配学时数要与下面内容中的学时分配数相一致。
章次标题理论学时实训学时任务一绪论任务二流体静力学任务三流体动力学任务四理想不可压缩流体平面位流任务五粘性流体及边界层理论任务六列车空气动力学问题任务七专题讨论总学时2.4课程的主要特点本课程是车辆工程专业的一门专业选修课，课程目标在于培养学生具备进行列车空气动力学分析的的基本知识和基本手段。
2.5教学方法1．采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以“少而精”为原则，精选教学内容；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。
2．在教学内容上，系统讲授流体力学、空气动力学的基本理论、基本知识和基本方法，使学生能够系统掌握用于解决列车空气动力学问题的专业基础知识。
高铁车辆空气动力学特性分析
高铁车辆空气动力学特性分析一、引言随着我国高速铁路发展，高速列车的空气动力学特性日益成为人们关注的焦点。
本文旨在对高铁车辆空气动力学特性进行深入分析，为高速列车的设计和改进提供依据。
二、高铁车辆的空气动力学特性1.空气动力学基础知识首先，我们需要了解一些空气动力学基础知识。
空气动力学是研究物体在空气中受到的力和运动状态的学科。
在流体力学中，主要有三个基本方程式：连续方程式、Navier-Stokes方程式和能量传递方程式。
2.空气动力学对高速列车的影响高速列车在行驶过程中，空气会对列车产生一定的阻力。
阻力分为两类：边界层阻力和形状阻力。
前者主要是由于空气分子粘附在列车表面形成的气流旋涡会对车辆在运动中产生的动力损失。
而后者则是由于列车前方的空气大量聚集形成的压力，对车辆前进的阻碍。
3.高铁车辆空气动力学特性分析高铁车辆空气动力学特性可以通过实验测试和计算模拟两种方法来进行研究。
在计算模拟方面，基于CFD方法的仿真研究已经成为研究高铁车辆空气动力学特性的主要手段。
三、高铁车辆空气动力学特性分析方法1.基于实验测试的分析方法基于实验测试的方法是通过模型试验、隧道试验等进行高铁车辆空气动力学特性研究。
这种方法的主要优点是可以获得较为准确的数据，缺点则是成本较高，不适合进行大规模的研究。
2.基于计算模拟的分析方法基于计算模拟的方法主要是基于CFD数值计算方法进行研究，该方法主要优点是可以模拟多种工况和参数，可以对车辆流场进行深入分析。
但与实验方法相比，它仍有一定的误差。
三、高铁车辆空气动力学特性的研究进展1.基于实验测试的研究进展基于实验测试的研究进展主要包括模型试验和隧道试验两种。
其中，模型试验主要探究车体外形的影响，隧道试验则主要探究车辆在运行时的空气动力学特性。
通过这些试验，人们可以更好地了解高铁车辆空气动力学特性，为车辆设计和改进提供依据。
2.基于计算模拟的研究进展基于计算模拟的研究进展主要包括CFD数值模拟和空气动力学仿真两种。
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1、空气动力学中所研究的运动流体范围用马赫数表示，一般分为5个区段：1）低速流Ma<0.3（V=102m/s—367km/h）2）亚音速流0.3<=Ma<0.8（V=272m/s—979km/h）3）跨音速流0.8<=Ma<1.4(V=476m/s—1714km/h) 4)超音速流1.4<=Ma<5(V=1700m/s—6120km/h) 5)高超音速流Ma>=5
2、主要研究内容：1）不同运行环境下高速绕过列车流动的空气作用于列车上的空气动力、力矩及其产生的机理；2）不同运行环境下高速列车引发的空气动力问题对周围环境影响的规律；3）降低列车空气动力效应的措施。
3、研究方法：理论分析、流场数值模拟计算和列车空气动力学试验
4、试验方法：实车试验、模拟试验（风洞试验、动模型模拟试验）
5、壁面湍流模型：对于有固体壁面的充分发展的湍流流动，沿壁面法线的不同距离上，可将流动划分为壁面区和核心区（完全湍流区）。
对壁面区可分为3个子层：粘性底层、过渡层、对数律层。
粘性底层：紧贴固体壁面的极层，层流流动，粘性力起主要作用，湍流切应力可以忽略，平行于壁面的速度分量沿壁面法线方向线性分布。
过渡层：粘性力与湍流切应力的作用相当，流动状态比较复杂，很难用公式来描述。
其厚度极小，工程计算中通常归入对数律层。
对数律层：粘性力的影响不明显，湍流切应力占主要地位，流动处于充分发展的湍流状态，流速分布接近对数律。
6、网格分类：结构网格、非结构网格、混合网格
7、车辆风洞试验分为测力试验和测压试验。
测力试验内容：测力试验主要有变风速试验和变侧滑角试验两大类，变风速试验是在模型侧滑角不变的情况下，在不同风速下分别测定各节车的气动力。
变侧滑角试验是在风速一定的情况下，通过转盘旋转改变多年联挂列车模型的侧滑力，在不同的侧滑角下分别测定各节车气动力，主要用于研究横风对列车气动性能的影响。
通常列车模型由三节或三节以上的车辆编成，采用多天平侧力，即每节车通过一内置式应变天平和支杆固定在试验地板上，天平感受到的气动力信号经通放器放大和A/D转换，由计算机数据采集处理系统适时显示和分析。
测压试验内容：模型压力分布测量通常又叫侧压实验，其目的是测量车辆模型及部件等表面的压力分布，为车辆及其部件结构强度计算提供压力载荷；为研究车辆流动性能提供数据，是验证数值计算方法是否准确的一个重要手段。
8、动模型试验装置分类：浅水槽模型试验装置、沿钢丝滑行动模型试验装置、大型动模型试验装置
9、压力传感器有差压和绝压两种。
低压室压力是大气压或真空。
采用恒温密封瓶法。
10、列车表面空气压强垂直于列车表面，并以指向作用面方向为其正向。
11、列车空气阻力主要由三部分组成：一是头部及尾部压力差所引起的阻力，成为“压差阻力”；二是由于空气粘性而引起的作用于车体表面的剪切应力所造成的阻力，成为“摩擦阻力”；三是干扰车辆光滑表面的突出物所引起的阻力，成为“干扰阻力”。
系数分类：无因次空气阻力系数、无因次压差阻力系数、无因次表面摩擦阻力系数
12、会车压力波幅值的影响因素：
1）随着会车列车速度的大幅度提高，会车引起的压力波的强度将急剧增大。
2）会车压力波幅值随着头部长细比的增大而近似线性地显著减小。
3）会车压力波幅值随会车列车内侧墙间距增大而显著减小，但减小的幅度随会车内侧距离增大而逐渐减小
4）会车压力幅值随会车长度增大而近似呈线性地明显增大
5）经验计算公式表明，会车压力波近似地与（u1+u2/8）^2（u1为通过车速度，u2为观测
车速度）成正比。
13、隧道微气压波：高速列车驶入隧道产生压力波，在隧道内以声速传播到达隧道口时，一部分压力波以脉冲波的形式向外放射，同时产生爆破声，造成了隧道口附近的环境问题，这种波成为隧道微气压波。
14、压力波对旅客的影响：高速列车在会车时，特别是在隧道内会车时，车体表面将受到正负数千帕的瞬时压力变化。
压力波动传递到车厢内，旅客会感到不舒适，轻者压迫耳膜，重则头晕恶心，甚至造成耳膜破裂。
15、目前气压变化环境下人体舒适度（车厢内空气压力允许变化率标准）评价有两种方法：一种是从压力变化幅值和压力变化率两个指标来进行评估，如日本、德国等；另一种是考核某一时间段内的压力变化幅值，如英国、美国等，这一时间段是根据人耳对外界气压变化完成自我调整所需时间来确定的，考虑了人体生理的需求，因此，已被大多数国家所采用。
我国尚未制定该标准。
16、车辆密封性要求：1）整车落成后的密封性能要求达到车内外压力差从3600Pa降至1350Pa 的时间大于18s；2）车体结构的内外压力差从3600Pa降至1350Pa须大于36s；3）组成后的车窗、车门、风挡应能在 4000Pa的气动载荷的作用下保持良好的密封性，对空调通风装置、供排水和卫生系统等也有一定密封性要求。
17、列车头型对列车气动性能的影响：1）列车流线型头部长度越长，既有利于降低列车交会空气压力波，又能有效地减小列车空气阻力，同时还能改善列车其他空气空里性能；2）列车流线型头部长度一定时，在无横风情况下，头车阻力：椭球形为最小，扁宽形为最大；尾车阻力：扁梭形为最小，鼓宽形为最大；列车总阻力：以头车为椭球形而尾车扁梭形为最小。
在横风作用下，扁宽形头车阻力较小，椭球形头车阻力较大；3）列车交会压力波：以扁宽形为最小，椭球形为最大，扁梭形和鼓宽形车头介于中间。
变前窗部位水平过渡曲线对列车交会波幅值影响较小；减小鼻尖部位水平过渡曲线的曲率半径（即扁形鼻尖）可以有效地降低列车交会压力波。
18、列车流线型头部形状需要通过外形控制参数与控制型线来实现，控制参数包括流线型头部长度、宽度、倾斜度等；控制型线主要有纵向、横向、水平剖面最大轮廓线，又分为主控制型线和辅助控制型线，主控制型线包括纵向对称面最大控制型线、俯视最大控制型线和车体截面外廓型线。
19.空气动力学主要是研究不同运行环境下列车的流动现象及对列车作用影响规律的科学。
20.空气的压缩性；马赫数〈0.3时不考虑压缩性
21.空气弹性模数E；压强增量与空气单位比容增量之比
22.空气比容；是单位空气质量所占有的容积，即Cv=1/p，
23.常见车辆风洞试验准则与要求；1），实验风洞应产生足够均匀的流查。