高速列车车头造型设计及其外围流场CFD仿真分析
高速列车车辆动力学性能分析与仿真
高速列车车辆动力学性能分析与仿真高速列车是现代高铁交通系统中的重要组成部分，其快速、安全、高效的特点使其成为现代人们日常出行的首选方式。
而高速列车的动力学性能则直接影响着列车的运行速度、稳定性和舒适性。
因此，对高速列车的车辆动力学性能进行分析与仿真具有重要的理论和实践意义。
一、动力学性能分析1. 车辆稳定性分析高速列车在高速运行时，车辆的稳定性是一项重要的参数。
稳定性分析主要包括侧向稳定性、纵向稳定性和车轨耦合稳定性。
通过对车辆的悬挂、车轮与轨道之间的力学关系进行分析，可以评估车辆的稳定性，并采取相应的设计措施来提高稳定性。
2. 列车动力学分析列车动力学分析主要研究列车在不同运行状态下的加速度、速度、减速度等参数。
通过对列车的动力学性能进行分析，可以确定列车的最大运行速度和最大加速度，为高速列车的设计和运营提供重要依据。
3. 车辆空气动力学分析高速列车在高速运行时会受到气动力的影响，而车辆的气动性能直接影响着列车的阻力和能耗。
通过对车辆的外形和流场进行分析，可以评估车辆的气动性能，并提出相应的改进措施来降低阻力和能耗。
二、动力学性能仿真1. 建立车辆动力学模型仿真分析是研究车辆动力学性能的重要手段之一。
首先需要建立准确的车辆动力学模型，包括车体、悬挂系统、牵引系统和制动系统等。
通过建立车辆的数学模型，可以准确地描述车辆的运动状态和受力情况。
2. 仿真分析车辆运行特性利用建立的车辆动力学模型，进行仿真分析可以得到车辆在不同运行状态下的运行特性。
比如在不同速度下的加速度、制动距离、稳定性等参数。
通过对仿真结果的分析，可以评估车辆的性能，优化车辆设计，并为实际运营提供参考。
3. 仿真优化车辆设计基于仿真分析的结果，可以通过调整车辆参数、改进车辆结构和悬挂系统等方式来优化车辆设计。
通过不断的仿真和优化，可以使高速列车的车辆动力学性能得到提升，达到更高的运行效率和更好的乘坐舒适性。
总结：高速列车的车辆动力学性能分析与仿真是提高高速列车运行速度、稳定性和舒适性的重要手段。
CRH3列车车头曲面气动压力稳态数值模拟
CRH3列车车头曲面气动压力稳态数值模拟CRH3列车是中国高速铁路的先进动车组之一，其车身外形采用了曲面设计，可以有效地减少阻力，提高列车的运行速度。
为了深入研究CRH3列车车头的气动特性，进行过曲面气动压力稳态数值模拟的研究。
首先，我们需要对CRH3列车的车头进行三维建模。
采用计算机辅助设计软件，将车头的曲面进行精确建模，并确定车头的尺寸和比例。
在建模过程中，需要考虑车头几何形状的复杂性和曲率的不同程度，以确保建模的精度和可靠性。
在车头建模完成后，进行气动流场的数值模拟。
采用计算流体力学（CFD）方法，对车头表面进行网格划分，确定计算区域。
在进行数值模拟之前，我们需要输入车头运行的速度和流体介质的物理属性，如密度、粘度等。
接下来，进行车头稳态气动压力的计算。
在CFD软件中，采用Navier-Stokes方程求解车头表面处的流体动力学压力。
通过数值模拟，可以得到车头各个曲面部位的气动压力分布图。
对于曲面部位，我们可以通过数值积分对整个曲面上的气动力进行求解，以得到曲面受到的总气动力。
最后，对计算结果进行验证，检查模拟结果的准确性和可信度。
通过与实际测试数据的对比，可以发现建模和数值模拟的精度已经达到了实际需要。
综上所述，CRH3列车车头曲面气动压力稳态数值模拟是一项基于高性能计算机的复杂科学计算。
它利用现代计算机辅助设计技术和CFD方法，能够准确地预测车头的气动性能，并为高速铁路的技术研究提供了有力支持。
在CRH3列车车头曲面气动压力稳态数值模拟中，需要涉及到一些相关的数据以及参数。
以下列出一些可能涉及的数据和参数，以及对其进行分析。
1. 车头长度和宽度：车头的长度和宽度是影响气动力学性能的重要参数。
一般来说，车头越长，表面积越大，阻力就越大。
但是如果车头需要承担更多的空气阻力，可以通过增加长度和宽度来减少表面积、减小阻力系数，以达到降低气动阻力的目的。
2. 速度：车头速度是影响气动力的主要参数之一。
高速列车飞行舱内的气流流场模拟与优化
高速列车飞行舱内的气流流场模拟与优化第一章引言高速列车已经成为了现代城市快速交通的主力军之一，它的高速度和便捷性使得它在细分市场中具有广泛的应用。
而对于高速列车内部飞行舱气流的模拟和优化问题，一直是交通领域工程师们所关注和研究的重点之一。
高速列车飞行舱内的气流流场模拟和优化不仅可以改善乘客的舒适度，还可以减少能耗，提高行车效率。
因此，本文旨在探究高速列车飞行舱内的气流流场模拟和优化。
第二章高速列车飞行舱内气流流场模拟2.1 气动性能参数气动性能参数是对高速列车飞行舱气流流场计算和分析的基础。
其中包括速度、压力、密度、温度等参数，这些参数对于研究高速列车飞行舱内气流流场的影响至关重要。
2.2 模拟方法目前，高速列车飞行舱内气流流场模拟主要采用计算流体力学（CFD）方法。
该方法可以通过对飞行舱内的气流进行尺度模型实验和数值计算，来分析和预测气流流场的行为和性能。
2.3 模拟模型高速列车飞行舱内气流流场的模拟模型主要有两种：单相流模型和多相流模型。
其中，单相流模型是指对飞行舱内的空气进行模拟；而多相流模型则是将飞行舱内的空气和乘客、座椅等物体一并进行模拟。
第三章高速列车飞行舱内气流流场优化3.1 模拟结果分析通过对高速列车飞行舱内气流流场进行模拟，可以得到大量的模拟结果。
这些结果可以通过分析来得出是否存在一些缺陷和问题。
例如，如果飞行舱内的气流流场存在过大的湍流、突然的压力变化等问题，那么就需要进行优化。
3.2 优化策略高速列车飞行舱内气流流场的优化策略主要有三种：改变外形结构、增加通风设备和调整舱内物品布局。
其中，改变外形结构可以通过改变飞行舱的外形和材料来改善气流流场的流动性能；增加通风设备可以将飞行舱内的空气均匀地分布，以优化气流流场；调整舱内物品布局可以改变室内物品的分布位置，以减少气流流场的紊流。
第四章高速列车飞行舱内气流流场模拟与优化案例分析4.1 案例一：高铁复兴号高铁复兴号是一种速度较快的高速列车，它的飞行舱内气流流场模拟和优化十分重要。
CFD 技术在高铁设计中的应用
图4 CRH3优化模型列车压力分布云图（八辆编组350km/h）
交通运输工程学院
3 参数化驱动的空调通风数值分析平台
平台通过前台友好、方便、快捷的人机交互界面, 对复杂的Gambit和 Fluent命令流进行后台封装，可让不熟悉CFD软件的工程设计人员很好地借 助本系统进行空调通风装置的设计。 以Fluent软件为载体，对其进行二次开发，编写命令流文件，实现数 值计算中建立模型、划分网格、数值计算和计算结果可视化的自动化驱动。
背景和研究意义
中国高速铁路的快速发展； 高速列车运行速度快，且于近地面运行； 高速列车工况复杂，且气动外形复杂； 相关气动研究较少或不关注转向架位置流场。
国内外研究现状
一维流场隧道压力波数值仿真应用普遍和成熟； 部分采用二维流场进行隧道压力波数值仿真； 近年来三维流场仿真出现，但CFD模型比较简 单。
道、列车侧风效应等空气动力学问题，它是现代高速列车必须研究解决的
关键技术。 目前，在航空、航天、汽车等工业领域，利用CFD进行反复设计、分 析、优化已成为标准的必经步骤和手段。将CFD用在高速动车组的产品研 发过程中，在降低成本，提高效率等方面，有巨大的潜力。
交通运输工程学院
2 CRH3动车组明线运行及降阻优化分析
CFD计算模型设置
并行计算求解
将计算任务提交大规模高性能并行机群， 并编写并行控制命令，利用高效计算资源 进行快速求解。
将求解结果文件导入到后处理软件进行结 果可视化处理，并对处理后的结果进行分 析。
结果处理和分 析
4 CRH3型高速列车高精度CFD模型通 过隧道流场仿真
对CRH3型高速列车的几何模型采取以下划分策略： 1.去除本文不关注的列车结构如受电弓和风挡等结构； 2.去除连接件等不影响转向架空气动力学特征的零件； 3.简化对计算收敛影响较大的细小结构； 4.所有零件只保留外形特征； 5.几何简化与网格划分交叉进行; 6.零件简化完成后整合各零件为一个整体。
高速列车运行的动力学建模与仿真分析
高速列车运行的动力学建模与仿真分析一、前言高速列车是一种创新型的现代化交通工具，它不仅能够提高城市的交通效率，而且能够节约能源、降低环境污染。
为了更好地研究高速列车的运行规律，掌握高速列车的运行状态，本文将从动力学建模和仿真分析两方面对高速列车进行研究。
二、动力学建模动力学建模是高速列车研究的核心，它是通过对列车运动规律的定量分析，提取列车运动系统的特征，去定量描述列车运动状态的一种研究方法。
在高速列车研究中，动力学建模可以分为几个方面：1.机车牵引力建模机车的牵引力是高速列车运行的关键因素之一，它决定了列车的运动速度与加速度等运动状态。
机车的牵引力建模需要考虑到列车质量、高速列车的曲率半径、高速列车的制动装置、空气阻力、摩擦力等多种因素，我们可以通过数学建模的方式，来描述机车的运动规律，从而更好地研究高速列车的运行状态。
2.列车运动方程建模列车的运动方程是高速列车研究的重要基石，它决定了列车运动状态的稳定性和可控性。
列车的运动方程建模需要同时考虑到机车牵引力、摩擦力、地形变化、弯道半径、气动力等因素，我们可以通过差分方程、微分方程等多种数学模型来描述列车的运动状态，从而更好地研究高速列车的运行规律。
三、仿真分析仿真分析是高速列车研究的实践性环节，通过对高速列车模型的仿真分析，可以验证理论模型的正确性，并且提供有效的数据支持。
在仿真分析中，我们可以分为几个方面：1.列车运行仿真分析列车的运行仿真分析主要是指对列车的运行状态进行仿真模拟，并且将仿真数据与实际数据进行对比，从而验证模型的正确性。
在列车运行仿真分析中，需要考虑到列车的加速度、速度、位置等多个因素，并可以通过仿真软件（如SIMULINK、ADAMS等）来模拟列车的运动状态。
2.弯道通过仿真分析弯道通过仿真分析主要是指对高速列车在弯道通过时的运动状态进行仿真模拟，并且将仿真数据与实际数据进行对比，从而验证模型的正确性。
在弯道通过仿真中，需要考虑到列车速度、弯道曲率、弯道半径等多个因素，并可以通过仿真软件来模拟列车的运动状态。
高速列车空气动力特性仿真与优化设计
高速列车空气动力特性仿真与优化设计随着人们生活水平的提高，人们越来越追求速度与舒适度。
高速列车作为现代交通工具的代表，越来越被广泛使用。
然而，高速列车行驶过程中会受到空气动力的影响，从而对安全和舒适度造成影响。
因此，对高速列车的空气动力特性进行仿真与优化设计已成为重要的研究方向。
一、高速列车空气动力特性简介高速列车在行驶过程中，会产生气动力作用，该作用是由空气分子与列车表面相互作用而产生的。
为了降低空气动力对列车的负面影响，需要对高速列车的空气动力特性进行深入研究。
1. 空气动力特性的组成高速列车的空气动力特性可以分为阻力、升力、侧力和迎风面风压等四个部分。
其中，阻力指的是空气对列车运动产生的负向力，它会影响列车速度和能耗；升力是指空气对列车底部产生的向上力，如果存在不平衡则会影响弯曲情况；侧力是指空气对列车的横向力，这意味着列车需要具备足够的横向稳定性；迎风面风压是指空气对列车前端产生的静压力，它会对车厢内的噪声和空气质量产生影响。
2. 影响空气动力的因素空气动力特性的产生不仅与车体本身的形状有关，还与运动状态、行驶环境、工作条件等多种因素有关。
运动状态的影响主要表现为列车速度与风向角，当速度越高、风向角越大时，列车所受到的气动力也相应增大。
行驶环境主要指风速、风向、气压等气象条件，对车辆气动性能影响较大。
工作条件则与列车的制动、加速、转弯、偏摆等操作有关，操作不当可能会影响列车的空气动力性能。
二、高速列车空气动力仿真空气动力特性是列车设计与生产中的一个重要环节，而仿真技术可以大大缩短设计周期和降低制造成本。
高速列车的空气动力仿真一般包括几何建模、网格划分、求解、后处理等步骤。
1. 几何建模高速列车的几何建模主要分为手工建模和CATIA建模两种方式。
手工建模是针对条件简单和低精度要求的情况，通常使用底层CAD软件快速创建基本的几何模型，然后基于模型进行后续计算。
CATIA建模则是在高精度和复杂条件下进行的，它可以根据具体需求进行单体建模或组装建模。
高速列车仿真与优化设计
高速列车仿真与优化设计高速列车的需求和日益提升的技术水平，成为设计和生产团队不断提高并增强工程效率和准确性的必要前提。
高速列车仿真和优化设计技术的应用，为生产团队提供了更强更优的工程设计方案。
本文将探讨高速列车仿真及优化设计的原理和实施方法，以及在高速列车的工程设计中的具体应用。
高速列车仿真技术仿真技术是通过建立数学和计算机模型，以模拟或重现某一系统和过程的过程。
高速列车仿真技术不仅仅帮助设计者预测车身参数、构造动态响应和瞬时刚度等关键指标，同时也能考虑复杂的系统一个组成部分之间相互作用的细节。
对于高速列车的设计员来说，仿真技术是非常有用的工具，可以在产品生命周期的各个阶段使用，以提高工程设计的效率和质量。
高速列车仿真技术不仅能帮助优化车身参数、构造动态响应和瞬时刚度的关键指标，同时也能考虑复杂系统各个组成部分之间相互的作用细节。
高速列车优化设计技术高速列车优化设计技术是优化计算、设计和其他工程应用程序所使用的方法。
同时也是一个补充优化过程的工具，还能通过优化得到最佳解决方案来消除设计问题。
高速列车优化设计技术不仅能降低工程成本，提高工程性能，还能帮助生产团队获得最佳效益和利润。
对于高速列车设计者而言，包括平台设计参数、构造动态响应和瞬时刚度等关键指标都可以通过优化设计技术来进行优化。
应用高速列车仿真及优化技术在工程设计中的应用，可以帮助设计者得到更高效、实时和可靠的工程设计方案，同时也可以在产品研发过程中提供数据和支持。
具体应用包括:1. 仿真数据分析- 使用计算机仿真技术来重现和分析车身参数、构造动态响应、瞬时刚度等关键指标。
2. 可视化仿真 - 包括车体设计、构造动态响应、瞬时刚度等指标，使得整个车辆的设计更加直观。
3. 系统仿真 - 利用高速列车仿真技术来设定系统优化和优化设计目标，例如车身参数的优化、构造动态响应优化等方面。
4. 数据处理和模型构建 - 根据仿真所得数据，建立复杂模型和技术工具，进行复杂分析和建立模型。
超高速列车运行模拟与仿真研究
超高速列车运行模拟与仿真研究随着科技不断发展，超高速列车成为了许多国家追逐的目标。
超高速列车运输人员和货物的速度快，效率高，极大地推动了经济的发展。
但是，超高速列车技术的研究远不止于此。
在列车的运行过程中，需要考虑到许多关键性问题，如安全和效率等。
因此，建立超高速列车运行模拟和仿真系统成为了研究的一个重要方向。
一、超高速列车的运行流程理解超高速列车运行模拟和仿真的研究，需要首先了解超高速列车的运行流程。
超高速列车的运行从发车开始，到到站停车为止，中间的过程经历了加速、行驶、减速这三个阶段。
在发车前，需要准备列车的所有相关工作。
比如列车的清洁和检修，驾驶员和列车工作人员的准备工作，乘客的上车等等。
此时，超高速列车进入了“待发”状态。
当超高速列车进入“已发”状态后，开始进行加速运动。
在这个阶段中，超高速列车能源转化的能力会不断提升，通过传动系统使列车逐渐加速，并逐渐达到超高速的运行状态。
在加速过程中，成为运动学问题，涉及到列车整体动力学与牵引控制策略等方面。
在加速阶段结束后，超高速列车就进入了行驶阶段。
这个阶段中，超高速列车的速度会一直维持在超高速的状态，在此期间运营人员需要对运行情况进行实时的监测和控制。
同时，在超高速列车行驶的过程中，路况和气候等因素也需要加以注意和考虑。
最后一个阶段是减速过程。
超高速列车以相对的运动速度逐渐减速，从而达到安全停车的状态。
这个过程中，涉及到机械制动、空气制动、再生制动等多种减速和制动技术。
二、超高速列车运行模拟和仿真的研究意义超高速列车的运行是一项高度复杂的任务，涉及到多个相关领域的内容。
因此，超高速列车运行模拟和仿真系统的研究有着非常重要的意义。
首先，超高速列车运行模拟和仿真可以为超高速列车的设计和优化提供重要的参考和依据。
通过模拟和仿真的研究，可以将超高速列车在不同情况下的运行情况进行模拟和计算，比如在不同速度下、气候条件下等等。
这些模拟和计算的结果，可以为超高速列车的设计和优化提供重要的支撑和反馈。
高速列车的轨道优化设计与仿真
高速列车的轨道优化设计与仿真随着现代交通的高速发展，高速列车越来越受到人们的关注，而轨道优化设计与仿真则成为高速列车运行的关键。
本文将针对高速列车轨道优化设计与仿真展开讨论。
一、高速列车轨道的优化设计高速列车的运行速度较快，轨道的设计对于列车的行驶速度和效能影响较大。
轨道的优化设计可以在提高列车行驶速度的同时降低列车的运行成本，提高运行时间表的精度，确保列车的安全性和稳定性。
以下是高速列车轨道优化设计的几个方面：1.曲线半径曲线半径是影响列车行驶速度的主要因素之一。
当车头通过曲线前面的轨道时，车轮将转向车辆的侧面，创建向心力并提供必要的支持。
当曲线半径较小时，车辆运行时所需的向心力必须增加，这将增加轨道的磨损和发生跳轨的几率。
因此，足够大的曲线半径是高速列车优化设计的重要因素之一。
2. 高度差和坡度在运行高速列车时，高度差和坡度都能对列车行驶速度产生影响。
在行驶上升坡时，车辆需要更大的力量来推动列车，而行驶下坡时则要通过制动装置减缓车速。
因此，更小的坡度可以减少列车的能量消耗，降低行驶速度的降低。
在高度差变化的区域，轨道与车辆之间的摩擦力也会发生变化，会影响列车的行驶速度和稳定性。
3. 轨道的几何属性轨道的几何属性是影响列车运行的另一个关键因素。
轨道的几何属性包括轨道的纵向和横向曲率，其可影响列车的速度和稳定性。
另外，轨道下面还可以设置防噪声屏障和挡板等装置以减少噪音，提高车内的乘坐体验。
4. 土壤类型和地形高速列车轨道的经济效益和施工工作取决于地形和土壤类型。
如轨道建在某些特定地形中，可能需要更多的支持和边坡保护措施，这会影响轨道的建造成本。
因此，在选择轨道的位置时，必须全面考虑这些因素。
二、高速列车轨道的仿真分析高速列车的运营过程中，不同的环境和条件都可能对列车的行驶速度和效能产生影响。
因此，进行轨道的仿真分析是评估轨道设计的最佳方式。
1. 轨道的静力分析轨道的静力分析可以了解轨道在不同的机械和支架条件下的安全性和性能。
高速列车设计仿真分析平台研究构架
高速列车设计仿真分析平台研究构架引言：高速列车在现代交通运输中起到了至关重要的作用。
为确保高速列车在设计过程中能够具备良好的性能和安全性，设计工程师通常需要进行仿真分析。
目前，高速列车设计仿真分析平台已经成为设计工程师的重要工具。
本文将介绍高速列车设计仿真分析平台的研究构架，包括平台的功能、架构以及相关技术。
一、高速列车设计仿真分析平台的功能高速列车设计仿真分析平台旨在提供一个完整的设计环境，帮助工程师进行准确、高效的仿真分析。
其主要功能包括：1. 性能评估：该平台能够通过仿真分析对高速列车的性能进行评估，如加速度、速度、刹车距离、能耗等。
这有助于设计工程师了解列车在不同工况下的性能表现，为优化设计提供参考。
2. 结构强度分析：在高速运行状态下，列车组件需要承受巨大的载荷。
该平台能够模拟列车运行时的载荷，并进行结构强度分析，以确保列车组件的安全性和可靠性。
3. 轨道动力学模拟：高速列车在行驶过程中需要与轨道进行复杂的相互作用。
该平台能够模拟列车与轨道间的相互作用，并进行轨道动力学模拟，以评估列车在不同线路条件下的运行稳定性。
4. 全场电磁仿真：高速列车的电气系统对列车的性能和安全性有着重要影响。
该平台能够进行列车电气系统的全场电磁仿真，分析电磁兼容性等问题，确保电气系统的稳定性和可靠性。
二、高速列车设计仿真分析平台的架构高速列车设计仿真分析平台的架构包括硬件和软件两个部分。
硬件方面，需要具备高性能计算能力和仿真模型的输入输出设备。
软件方面，应包括仿真模型的建模工具、仿真分析工具和结果可视化工具。
1. 硬件部分：高性能计算能力：仿真分析通常需要对大量数据进行计算，因此需要具备高性能计算能力的服务器或计算机集群。
输入输出设备：用于工程师对仿真模型进行参数设定和结果输出，如键盘、鼠标、显示器等。
2. 软件部分：仿真模型建模工具：该工具用于建立高速列车的仿真模型，包括车体、车轮、电气系统、车内设施等。
常用的建模工具有SolidWorks、CATIA等。
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东南大学硕士学位论文高速列车车头造型设计及其外围流场CFD仿真分析姓名：曲震申请学位级别：硕士专业：工业设计指导教师：薛澄岐20090518摘要摘要
高速列车车头造型设计及其外围流场ＣＦＤ仿真分析姓名：曲震指导教师：薛澄岐教授（东南大学机械工程学院，南京）
高速列车的最高运行时速一般不低于２５０公里，在这样的速度下空气阻力占列车总阻力的一半以上。所以，有效降低空气阻力对提高列车行驶速度和降低能源损耗有重要意义，是高速列车设计中需要重点解决的问题之一。本文运用计算流体力学（ＣＦＤ）数值仿真的方法，研究高速列车车头造型对列车空气动力性能的影响，提出了最佳车头设计的准则并依此进行了方案设计。本课题的主要上作包含以下几个方面：１．论文对ＣＦＤ与列车空气动力学相关理论进行归纳，将ＣＦＤ方法的理论分析与高速列车外围流场分析相结合，总结运用ＣＦＤ数值仿真进行车头外围流场分析的一般方法及求解过程。２．对高速列车车头造型的发展与演变过程的进行了研究分析，概括了不同时代的车头设计特征。在此基础上，提取出车头造型较重要的特征，并将不同的特征方案进行分组，研究车头特征造型的改变对列车气动性能的影响。３．分别对不同特征造型的高速列车车头方案建立ＣＦＤ计算模型，使用ＣＦＤ软件ＦＵＬＥＮＴ进行外流场数值仿真，最终得到不同车头造型方案的压差阻力、粘性阻力、气动升力、风阻系数等气动性能参数，以及车身表面的压力分布、外围流场气流速度、湍流区域分布等信息。４．通过对仿真数据的分析和方案对比，提出了有助于改善高速列车空气动力性能的车头造型设计准则，并参照该准则设计出气动性能较为理想的车头造型方案。
关键词：车头造型ＣＦＤ数值仿真空气阻力列车空气动力学ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔ
ＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＳｔｙｌｉｎｇＤｅｓｉｇｎａｎｄＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｂｏｕｔ
ＥｘｔｅｒｎａｌＡｉｒｆｌｏｗｏｆＨｉｇｈ—ＳｐｅｅｄＴｒａｉｎＢａｓｅｄｏｎＣＦＤＭｅｔｈｏｄＮａｍｅ：ＱＵＺｈｅｎＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＸＵＥＣｈｅｎｇ－ｑｉ（ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｉｎｇ）
Ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｒｕｎｎｉｎｇｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｔｒａｉｎｉｓｎｏｌｅｓｓｔｈａｎ２５０ｋｍ／ｈ．Ａｔｔｈｉｓ
ｓｐｅｅｄ，ｔｈｅａｉｒ－ｄｒａｇ
ａｃｃｏｕｎｔｓｆｏｒｍｏｒｅｔｈａｎｈａｌｆｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ。Ｓｏｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅａｉｒ－ｄｒａｇｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｈａｓｇｒｅａｔｓｅｎｓｅｔｏ
ｓｐｅｅｄｕｐｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｔｒａｉｎａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙｌｏｓｓ。Ｉｔ’Ｓａｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｗｈｉｃｈｎｅｅｄｓｔｏｂｅｒｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎｏｆｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｔｒａｉｎ。ＴｈｉｓｔｈｅｓｉｓｉｓｆｏｃｕｓｅｄＯｆｆｈｏｗｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｓｔｙｌｅｏｆｔｈｅｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅａｅｒ６ｄｙｎａｍｉｃ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｒａｉｎ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
Ａｎｄｔｈｅｎ，ｗｅｗｉｌｌｄｅｓｅｒｖｅｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｄｅａｌｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｐｒｅｓｅｎｔａｆｉｎａｌｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｗｏｒｋｈａｓｍａｉｎｌｙ
ｂｅｅｎｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇａｓｐｅｃｔｓ：
１．ＴｈｅｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙｏｆＣＦＤｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｒａｉｎａｅｒｏｄｙ’ｎａｍｉｃｓｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ａｎｄｔｈｅｎ．ｔｈｅ
ｇｅｎｅｒａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌａｉｒ－ｆｌｏｗａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｂｌｅｍｓｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄ，ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＣＦＤｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｔｅｍａｌａｉｒ－ｆｌｏｗａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄｔｒａｉｎｂｙｍｅａｎｓｏｆＣＦＤ
ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
２．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ
ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｓ．Ｓｅｖｅｒａｌｋｅｙｓｔｙｌｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓａｌｅ
ｅｘｔｒａｃｔｅｄ，ａｎｄａｌｌｏｆｔｈｅｓｔｙｌｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓａｌｅｇｒｏｕｐｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇ
ｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓａｎｄａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｏｆｔｒａｉｎ．
３．ＣＦＤｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｏｆｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｙｌｉｎｇｆｅａｔｕｒｅｓａｒｅｃｒｅａｔｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．
ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｏｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅＦＬＵＥＮＴ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
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ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｂｏｕｔｓｕｒｆａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ．ｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｆｌｏｗａｎｄｔｈｅｒｅｇｉｏｎａｌ
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４．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ，ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｓｓｅｖｅｒａｌｐｒｉｎｃｉｐａｌｓ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＳｔｙｌｉｎｇＤｅｓｉｇｎ，ＣＦＤ，ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ａｉｒ－ｄｒａｇ，
ＩＩ东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：．１幽筮日期：
东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。
研究生签名：导师签名：芝韭＾Ｊ第一章绪论１．１课题背景与研究意义１．１．１课题的背景
第一章绪论
提高列车的运行速度是一个国家铁路科学技术发展和铁路现代化程度的标志，也从一个侧面反映出一个国家的科技实力，因此自主研发具有世界水平的高速列车和建立自己的高速铁路网络也成为铁路科技工作者和建设者孜孜以求的目标。我国幅员辽阔，腹地纵深很大，并且人口众多，冈此铁路运输在我国交通运输业占有举足轻重的地位，尽管近几年在与公路及航空运输的竞争中承受了巨大压力，但是铁路仍具有其独特的优势。随着经济的发展，过去的铁路网络不论在速度上还是运力上都无法满足需求，因此发展建设高速铁路成为解决这一矛盾的战略性举措。在运行速度和经济性方面，高铁与公路和航空运输相比，有巨大的优势，更适合大运量长途运输，符合我国国情，在安全性能方面，铁路一直是为人们所接受的最安全可靠的出行方式之一，比如日本高铁自１９６４年建成以来至１９９５年都未发生人身伤亡事故，除此之外高铁还具有正点率高、舒适性好、能耗低、环境污染少等优点，并且具有很好的社会效益，是经济发展强有力的助推剂。当前，我国正处在高速铁路建设飞跃发展的特殊时期。全长１３００公里，总投资２５００亿元的京沪高铁已经开工建设，全长９００多公里的武汉至广州高铁也已立项。２００８年发布的中国铁路中长期规划中，明确计划至２０２０年我国将建成１．２万公里的高速客运专线，总投资将高达数万亿元。北京奥运会前夕，中国第一条时速３５０公里的高速铁路业已在京津之间建成，这是中国第一条具有世界先进水平的高铁。加之此前中国铁路第六次大提速之后，在既有线路上开行的几十对时速超过２００公里的ＣＲＨ高速动车组，事实上中国铁路已经走入了高铁时代。中国高铁建设的蓬勃发展势必为高速列车制造企业提供了厂‘阔的市场空间。目前国内两大高速列车制造企业中国南车集团和北车集团，分别与德国西门子、法国阿尔斯通以及日本的川崎重工等世界级高速列车企业合作，联合生产ＣＲＨ系列高速动车组，并广泛在既有线路和新建的客运专线铁路上火批量投入运营，取得了较好的效益。同时，我国自主研发的新一代时速３００公里的高速动车组ＣＲＨ４也已进入整车测试阶段，不久将正式下线，这些都意味着中国的高速列车制造行业将迎来难得的发展机遇。
１．１．２研究意义随着市场对高速列车需求的进一步提升，高铁车辆的设计和性能得到了更多的关注。激烈的市场竞争和人们对列车品质要求的促使企业加大研发投入以提高产品性能。其中，列车的空气动力学性能至关重要。高速列车的外观造型设计、特别是车头造型设计，对列车审美功能和空气动力学性能有很大影响。设计既美观义具有优越空气动力性能的列车车头，需要工业设计与空气动力学两个学科的交叉配合，即车头造型设计必须以空气动力学理论为指导，进行深入的空气动力学分析。高速列车车身庞大细长，并且在地面轨道上运行，其空气动力学复杂性不同于航空飞行器和汽车。如何降低列车空气阻力提高车辆运行稳定性，是摆在列车设计者面前的重要课题。过去，由于列车运行速度有限，空气阻力的问题并不十分显著。而对于高速列车来说，运行时所受到的空气阻力占到列车总阻力很大一部分，而且随着列车速度的提高而急剧增加。例如，一列以２５０ｋｍ／ｈ运行的高速列车，其空气阻力可以占到列车运行总阻力的５０％以上。因此，为了实现高速铁路的安全、舒适、低能耗并满足环境保护的要求，必须对列车的空气动力学问题进行细致的ｌ