【正文】 真中雖然空氣是可壓縮的流體，但是對(duì)于56km/s的低馬赫數(shù)速度來說，用速度進(jìn)口也是可以的。在實(shí)際中，列車是相對(duì)于空氣和地面運(yùn)動(dòng)的，而空氣和地面相對(duì)于坐標(biāo)系是靜止的。為了加快計(jì)算速度，先在一階精度格式下計(jì)算，然后轉(zhuǎn)到二階精度格式下計(jì)算不僅達(dá)到的計(jì)算精度，而且節(jié)省計(jì)算時(shí)間。圖38 單車頭模型計(jì)算曲線收斂圖、速度特性以下是用Fluent軟件計(jì)算出來的200km/h高速列車周圍空氣壓力的分布云圖和等壓線圖，如圖3310。表31列出了列車各個(gè)邊界所受的力及各種系數(shù)，圖314描繪了車表面壓力系數(shù)分布情況。仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為我們研究高速列車的外流場空氣動(dòng)力性能，指導(dǎo)設(shè)計(jì)與改進(jìn)外形提供有用的參考數(shù)據(jù)。其收斂曲線圖如42。雖然受計(jì)算機(jī)條件的限制，并沒有計(jì)算出三維的高速列車的外流場參數(shù)，但是從中獲益非淺，現(xiàn)總結(jié)如下：按照要求在Gambit軟件中建立了二維時(shí)速200公里/小時(shí)的計(jì)算模型，并根據(jù)列車的流場特點(diǎn)，在模型的網(wǎng)格生成方面，采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格結(jié)合的方法，靠近列車壁面的地方網(wǎng)格劃分的盡可能密一些，而在遠(yuǎn)離列車壁面的地方網(wǎng)格可以疏一些。在這次大型的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，王老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、耐心的講解使我獲益非淺。盡我所知，除文中已經(jīng)特別注明引用的內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗(yàn)。其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對(duì)我的嚴(yán)格要求，感謝他們對(duì)我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識(shí)和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。四年的風(fēng)風(fēng)雨雨，我們一同走過，充滿著關(guān)愛，給我留下了值得珍藏的最美好的記憶。在論文的撰寫過程中老師們給予我很大的幫助，幫助解決了不少的難點(diǎn)，使得論文能夠及時(shí)完成，這里一并表示真誠的感謝。感謝老師四年來對(duì)我孜孜不倦的教誨，對(duì)我成長的關(guān)心和愛護(hù)。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。感謝所有幫助和支持我的同學(xué)和朋友們。鑒于本人學(xué)識(shí)和時(shí)間以及計(jì)算機(jī)條件的限制，本文的工作尚有許多不完善之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。本論文試圖仿真出200km/h列車運(yùn)行時(shí)空氣流場的情況，得出相關(guān)的受力大小、力的分布及相關(guān)系數(shù)，為指導(dǎo)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。圖41 對(duì)稱模型網(wǎng)格劃分圖同第三章相同，網(wǎng)格劃分好之后生成網(wǎng)格文件，然后導(dǎo)入Gambit中，選擇材料，定義邊界條件，設(shè)置求解控制參數(shù)，初始化，進(jìn)行迭代計(jì)算。車總長50m，高度不變，與原模型主要區(qū)別是改變了車的尾部形狀。此外，由于列車尾部出現(xiàn)尾跡流，空氣在列車的尾部形成了很強(qiáng)的“渦”如圖313，這是造成列車的尾部很遠(yuǎn)處速度波動(dòng)依然劇烈的主要原因，列車的尾部具有很強(qiáng)的湍流特性，并伴隨著能量的耗散，因此大大增加了列車的阻力，進(jìn)一步研究還表明，列車尾渦的強(qiáng)度隨著離開列車尾部距離的增大而減小。迭代的初始值設(shè)定為1000步，先用一階動(dòng)量方程、一階湍流kε方程和一階Turbulence Dissipation Rate進(jìn)行迭代待迭代660步收斂之后，再用二階方程進(jìn)行迭代計(jì)算，迭代732步收斂。默認(rèn)情況下，當(dāng)使用分離式求解器時(shí)，所有方程中的對(duì)流項(xiàng)均采用一階迎風(fēng)格式離散；當(dāng)使用耦合求解器時(shí)，所用方程采用二階精度格式；其他方式采用一階精度格式進(jìn)行離散。列車運(yùn)行時(shí)在尾部形成很長的尾流，當(dāng)outlet邊界線剛好穿過尾流中的湍流時(shí)，就形成流動(dòng)反向，因此，尾部計(jì)算邊界距車體尾部定義了10倍的車高。首先，設(shè)置inlet邊的邊界條件。但是這需要的內(nèi)存比較大[7]。⑴ 分離求解器是順序地、逐一地求解各方程。由Gambit完成的網(wǎng)格和模型要導(dǎo)入Fluent后才能計(jì)算?？傮w網(wǎng)格劃分如圖34。首先用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分這一區(qū)域，經(jīng)過多次嘗試。而網(wǎng)格劃分就是這一過程的前提。模型及計(jì)算區(qū)域如圖31。本次計(jì)算模型實(shí)施了一下簡化措施：（1） 去掉電弓、轉(zhuǎn)向架及車底的一些細(xì)小設(shè)備；（2） 列車計(jì)算模型取動(dòng)力車頭+一節(jié)車廂，總長度為25m。⑸ 確定流體的材料性質(zhì)。⑻ 慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系下流動(dòng)問題模擬。圖21 基本程序機(jī)構(gòu)示意圖Fluent軟件可以計(jì)算二維和三維流動(dòng)計(jì)算問題，在計(jì)算過程中，王閣可以自適應(yīng)調(diào)整。它還提供了用戶自定義子程序功能，可讓用戶自行定義連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程，自定義邊界條件初始條件、流體的物性等，這給特殊問題的處理帶來了極大的方便[6]。兩家優(yōu)秀CFD軟件公司的合并意味著，它的發(fā)展?jié)摿Ω?，給用戶帶來更顯著的好處。隨著研究問題的不斷深入和復(fù)雜，計(jì)算結(jié)果也更加紛繁浩瀚，難以把握。首先，要建立反映問題（工程問題、物理問題等）本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。由于機(jī)器字長有限產(chǎn)生的誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響如何，會(huì)不會(huì)無限增長以至于得不到有意義的解？這就是數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性問題。最近10年來，商業(yè)CFD軟件不斷涌現(xiàn)，極大地促進(jìn)了CFD在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，實(shí)驗(yàn)往往受到模型尺寸、流場擾動(dòng)、人身安全和測量精度的限制，有時(shí)可能很難通過實(shí)驗(yàn)方法得到結(jié)果。高速列車的特點(diǎn)是龐大、細(xì)長、在地面軌道上運(yùn)行，其空氣動(dòng)力學(xué)問題非常復(fù)雜。如美國的FLUNENT、ANSYS及英國的AEA等[5]。1977年，Spalding等開發(fā)的用于預(yù)測二維邊界層內(nèi)的遷移現(xiàn)象的GENMIX程序公開，其后，他們首先意識(shí)到公開計(jì)算源程序很難保護(hù)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，因此，在1981年，組建的CHAM公司將包裝后的計(jì)算軟件（PHONNICS－鳳凰）正式投放市場，開創(chuàng)了CFD商業(yè)軟件的先河，但是，在當(dāng)時(shí)，該軟件使用起來比較困難，軟件的推廣并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。（CFD）的發(fā)展應(yīng)用及特點(diǎn)CFD產(chǎn)生于第二次世界大戰(zhàn)前后，在20 世紀(jì)60年代左右逐漸形成了一門獨(dú)立的學(xué)科[4]。流體的運(yùn)動(dòng)一般可以通過流動(dòng)基本方程及相關(guān)模型和狀態(tài)方程由偏微分方程（組）或積分形式方程來描述?？諝庠诹熊嚤砻嫘纬煽諝饬鲌?，空氣阻力急劇增加，作用在列車的阻力大部分來自壓強(qiáng)阻力，而一部分來自表面磨擦阻力，這就使能耗過大，同時(shí)列車可能出現(xiàn)較大的空氣升力，導(dǎo)致列車產(chǎn)生“飄”的現(xiàn)象，激發(fā)列車脫軌事故的發(fā)生，因此研究高速列車氣動(dòng)力性能非常重要。而計(jì)算流體力學(xué)CFD（Computational Fluid Dynamics）就是在工程仿真實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一門學(xué)科。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)：一、撰寫（設(shè)計(jì)）過程學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問題的能力□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”）指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)價(jià)：一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu)