CFD在鐵路機(jī)車設(shè)計(jì)中應(yīng)用開題報(bào)告

1、CFD在鐵路機(jī)車設(shè)計(jì)中應(yīng)用說明1開題報(bào)告是保證畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，為規(guī)范 畢業(yè)設(shè)計(jì)的開題報(bào)告，特印發(fā)此表。2學(xué)生應(yīng)在開題報(bào)告前，通過調(diào)研和資料搜集，主動(dòng)與指導(dǎo)教師討 論，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，完成開題報(bào)告。3此表一式三份，一份交學(xué)院裝入畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檔案袋，一份 交指導(dǎo)教師，一份學(xué)生自存。4選題需經(jīng)基層教學(xué)單位（專業(yè)教研室）討論審核、二級(jí)學(xué)院主管 院長批準(zhǔn)、 報(bào)教務(wù)處備案， 方可正式進(jìn)入下一步畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 階段。姓名開題時(shí)間學(xué)院專業(yè)班級(jí)指導(dǎo)教師 （導(dǎo)師 組）論文題目中文CFD在鐵路機(jī)車設(shè)計(jì)中應(yīng)用英文Applicati on of CFD in railway locomo

2、tive desig n1.選題的背景和意義1.1研究背景從建國開始國家就不遺余力投入鐵路網(wǎng)的建設(shè)，內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展與電力牽引的應(yīng)用 使得鐵路機(jī)車的應(yīng)用越來越廣泛，而逐漸取代機(jī)車成為交通運(yùn)輸最為重要的一環(huán)。但由于 其動(dòng)力有限以及列車外形的設(shè)計(jì)缺陷以及路基條件的限制，使得內(nèi)燃機(jī)車難以達(dá)到較高的速度，以實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)的快速交流，因而在這樣的背景下，高速列車應(yīng)運(yùn)而生，其設(shè)計(jì)時(shí)速 可達(dá)200公里每小時(shí)，相比于傳統(tǒng)運(yùn)輸行業(yè)，包括汽車、飛機(jī)、輪船甚至內(nèi)燃機(jī)車在內(nèi)， 都具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)；低能耗、高速度、穩(wěn)定性好、安全系數(shù)高、不易晚點(diǎn)使得高速列 車在全世界獲得空前的關(guān)注。高速列車的技術(shù)在日本和歐洲一些國家首先得

3、到發(fā)展。1964年日本就建成了時(shí)速可達(dá)210公里的 光”號(hào)列車，光”號(hào)列車在日本東海道新干線得到良好的商業(yè)運(yùn)營，隨著光”號(hào)列車的商業(yè)示范運(yùn)營，其覆蓋到東北、山陽等其他干線上。日本在高鐵運(yùn)行上積累深厚， 在03年底，高鐵總運(yùn)營里程就已達(dá)到2325公里。日本偏向于商業(yè)運(yùn)行上的穩(wěn)定，而法國 則更偏向于追求極致的運(yùn)行速度，早在20世紀(jì)90年代，高鐵的設(shè)計(jì)速度就達(dá)到300km/h, 這遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先與其他國家，而在實(shí)驗(yàn)室中，其實(shí)測(cè)的最高時(shí)速就達(dá)到510 km/h,足以彰顯其高鐵技術(shù)的領(lǐng)先地位。隨著法國與日本高鐵事業(yè)的蒸蒸日上， 德國的高鐵技術(shù)也不堪落后， 其第一代ICE的設(shè)計(jì)時(shí)速已達(dá)到317 km/h，而經(jīng)過

4、數(shù)年發(fā)展，第三代ICE的運(yùn)行速度就 達(dá)到330 km/h。截止至2003年底，全世界高鐵運(yùn)行總里程就已到達(dá) 15000公里（時(shí)速200 km/h的11000多公里與超過時(shí)速200 km/h的4800公里），但僅占世界鐵路總里程的僅 2%,另一方面其承載的客運(yùn)量將近總客運(yùn)量的 1/6。因而其高效的客運(yùn)能力使得其受到越 來越多國家的關(guān)注。而中國的高鐵事業(yè)是從鐵道部至 90年代提出的六次大提速開始的，但至今發(fā)展速度相較于其他發(fā)達(dá)國家是相當(dāng)顯著的，在2007年，全國多數(shù)干線運(yùn)行速度已提升至 200km/h, 而在2008年第一條350km/h的高鐵線路投入運(yùn)行，其架設(shè)與京津城際鐵路上極大促進(jìn)京 津兩地

5、的交流，隨后京津城際鐵路的成功給時(shí)速300km/h的武廣、鄭西、滬杭等鐵路干線的投入運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。中國的高鐵技術(shù)在充分吸收、吸納發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的高鐵技術(shù)， 通過再創(chuàng)新的方式逐漸形成世界領(lǐng)先水平的高鐵設(shè)計(jì)與運(yùn)行技術(shù)體系。青島BSP公司、四方股份、唐山客車廠、長客股份等優(yōu)秀企業(yè)給CRH1至CRH5的設(shè)計(jì)與運(yùn)行投入大量精力 而使得這一系列的動(dòng)車組都獲得全世界的關(guān)注。截止2010年底，我國高速鐵路運(yùn)行總里程就已達(dá)到8538公里，高鐵運(yùn)行速度均可到達(dá)200350km/h,運(yùn)行可靠。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國高 鐵運(yùn)行總里程以及速度等級(jí)都已占世界首位。本文就已在高鐵設(shè)計(jì)研究的熱潮下，通過 CRH2和諧號(hào)動(dòng)車組列車為切

6、入口，研究不同列車運(yùn)行速度對(duì)列車周圍空氣動(dòng)力特性的影 響。2. 研究目標(biāo)、內(nèi)容（論文提綱2.1研究目標(biāo)本文主要對(duì)高速列車明線運(yùn)行的靜風(fēng)狀態(tài)進(jìn)行研究，研究CRH2高速列車組在200350km/h運(yùn)行速率區(qū)間內(nèi)其空氣動(dòng)力學(xué)特征，包括列車外流場(chǎng)的速度分布、壓力分布 與列車表面的壓力載荷分布，進(jìn)而研究不同列車運(yùn)行速度下的運(yùn)行阻力。第一章緒論 41.1研究背景41.2列車空氣動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容以及研究方法61.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀71.4研究?jī)?nèi)容與研究方法 10 第二章數(shù)值計(jì)算方法理論 11 2.1湍流模擬的數(shù)值方法11湍流模型分類112.1.2 RANS湍流模型的控制方程12控制方程的離散化13第三章不同運(yùn)

7、行速度對(duì)高速列車外流場(chǎng)的影響143.1模型描述14幾何模型14計(jì)算域與邊界條件15網(wǎng)格劃分16計(jì)算設(shè)置與收斂條件173.2計(jì)算結(jié)果分析 18列車周圍流動(dòng)速度分布18列車周圍流動(dòng)壓力分布19列車表面壓力分布21第四章結(jié)論 243. 研究方法及技術(shù)路線本文主要對(duì)高速列車外流場(chǎng)的空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究，選擇高速列車動(dòng)車組CRH2為研究模型在Solidworks中建模，再將建立好的3D模型導(dǎo)入至 Workbench平臺(tái)上的ICEM 進(jìn)行網(wǎng)格劃分與Flue nt湍流流動(dòng)計(jì)算，最后將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入至 Tecplot后處理軟件中進(jìn)行 圖像處理。4. 研究工作基礎(chǔ)（1）已有得相關(guān)專業(yè)知識(shí)；（2）利用各個(gè)平臺(tái)查找

8、相關(guān)文獻(xiàn)資料；（3）查閱相關(guān)教材資料并分析；（4）論文指導(dǎo)老師的指導(dǎo)；（5）與同學(xué)進(jìn)行討論探究。5. 主要參考文獻(xiàn)及出處1 Baker C, Hemida H, Iwnicki S, et al. Integration of Crosswind Forces into TrainDyn amic Modelli ng J. Proceed ings of the In stitutio n of Mecha ni cal Engin eers Part F Journal of Rail & Rapid Tran sit, 2011,225（2）: 154-164.2 Baker C

9、. The flow around high speed trai ns J. Jour nal of Wind Engin eeri ng & In dustrial Aerod yn amics, 2010, 98（6）: 277-298.3 Di ng Y, Ding Y, Sterl ing M, et al. An alter native approach to modelli ng train stability in high cross wi nds J. Proceed ings of the In stitutio n of Mecha ni cal Engin

10、eers - Part F, 2007, 222（1）: 85-97.4 Baker C J, Jones J, Lopez-Calleja F, et al. Measureme nts of the cross wind forces on trai ns J. Journal of Wind Engin eeri ng & In dustrial Aerody namics, 2004, 92（7）: 547563.5 Pombo J, Ambr?3Sio J, Pereira M, et al. Influence of the aerodynamic forces on th

11、e pan tographacate nary system for high-speed trai ns J. Vehicle System Dyn amics,2009, 47(11): 1327-1347.6 Hemida H, Baker C. Large-eddy simulatio n of the flow around a freight wag on subjected to a crosswind J. Computers & Fluids, 2010, 39(10): 1944-1956.7 Ikeda M, Mitsumoji T, Sueki T, et al

12、. Aerod yn amic Noise Reduct ion in Pan tographs by Shape-smooth ing of the Pan head and Its Support and by Use of Porous Material in Surface Coveri ngs J. Quarterly Report of Rtri, 2010, 51(4): 220-226.8 Krajnovic S, Ringqvist P, Basara B. Large Eddy Simulation of the Flow around aSimplified Train

13、Moving through a Crosswind Flow; proceedings of the International Conference on Railway Tech no logy: Research, Developme nt and Maintenan ce, F, 2012 C.2012:86 - 999 Suzuki M, Tan emoto K, Maeda T. Aerod yn amic characteristics of trai n/vehicles un der cross wi nds J. Journal of Wind Engin eeri ng

14、 & In dustrial Aerod yn amics, 2003, 91(1 2): 209-218.10 Carrarini A. Reliability based analysis of the crosswind stability of railway vehicles J. Journal of Wind Engin eeri ng & In dustrial Aerody namics, 2007, 95(7): 493-509.11 丁叁叁.高速動(dòng)車組降阻與減重應(yīng)用研發(fā)J.機(jī)車電傳動(dòng)，2012, 5): 10-16.12 田紅旗.列車空氣動(dòng)力學(xué)M.中國鐵道

15、出版社，2007.13 李田，張繼業(yè)，張衛(wèi)華.高速列車流固耦合的平衡狀態(tài)方法J.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013, 49(2): 95-101.14 李田，張繼業(yè)，李忠繼，et al.基于Flue nt與Simpack的高速列車流固耦合聯(lián)合仿 真J.計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào),2012, 29(5): 675-680.15 于夢(mèng)閣，張繼業(yè)，張衛(wèi)華.隨機(jī)風(fēng)作用下高速列車動(dòng)力學(xué)參數(shù)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)J.動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào),2014, 4): 378-384.16 Meng-Ge Y U, Zhang J Y Zhang W H. Multi-objective optimization design method of th

16、e high-speed train head J. Jour nal of Zhejia ng Uni versity-Scie nee A(Applied Physics & En gi neeri ng), 2013, 14(9): 631-641.17 Yu M G, Zhang J Y, Zhang K Y, et al. Study on the operational safety of high-speed trai ns exposed to stochastic win ds J. Acta Mecha nica Sinica, 2014, 30(3): 351-3606.實(shí)施計(jì)劃2017.12.15:搜集相關(guān)資料，擬定論文結(jié)構(gòu)。- 2017.01.08:整合準(zhǔn)備相關(guān)資料，及時(shí)向指導(dǎo)老師索要反饋信息，提交開題報(bào) 告、外文翻譯。2018.02.15:學(xué)習(xí)Solidworks與 Workbench,并準(zhǔn)備中期考核表撰寫論文初稿。-2018.04.19:繼續(xù)進(jìn)行論文撰寫、及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修改。2018.04.2（2013.04.29:完成并提交初稿并交指導(dǎo)老師審閱。