真空管道运输高速列车空气阻力数值仿真

论文摘要

真空管道运输是21世纪一种新兴的交通运输方式,具有现有的交通运输方式无法比拟的优点。本文以国家自然科学基金项目“真空管道高速磁浮交通基础研究”为依托,以二维粘性、定常、不可压缩Navier-Stokes方程以及k-ε双方程湍流模型理论基础,利用基于有限体积法的流场分析软件FLUENT对真空管道运输高速列车周围流场进行数值仿真,并对仿真结果进行分析。本文数值模拟了真空管道内不同大气压力环境和不同阻塞比条件下,高速列车以不同速度运行时所受到的空气阻力,研究大气压力和阻塞比对真空管道运输高速列车空气阻力的影响规律,并把仿真结果与列车在标准大气压下以及在明线中运行的空气阻力状况作比较,得出真空管道运输具有高速、节能、环保等优越性;建立了5种不同车头形状的计算模型,对这5种计算模型进行数值仿真,研究在不同运行速度下不同车头形状的列车所受到的空气阻力的变化规律,通过对变化规律的分析,得到流线上凸外形的车头能有效降低列车空气阻力,为真空管道运输高速列车车头外形设计提供科学依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容、方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第2章 基本理论概述
• 2.1 真空管道运输系统
• 2.1.1 真空管道运输的优越性
• 2.1.2 目前主要的两种真空管道运输系统
• 2.1.2.1 美国et3.com公司的ETT系统
• 2.1.2.2 瑞士超高速地铁（Swissmetro）系统
• 2.2 计算流体力学基本理论
• 2.2.1 理论流体力学基础
• 2.2.1.1 物质导数
• 2.2.1.2 质量守恒方程
• 2.2.1.3 动量守恒方程
• 2.2.1.4 能量守恒方程
• 2.2.1.5 控制方程的通用形式----输运公式
• 2.2.2 k-ε双方程湍流模型
• 2.2.2.1 湍流的特征
• 2.2.2.2 k-ε双方程湍流模型理论
• 2.2.3 计算流体力学（CFD）基础
• 2.2.3.1 CFD常用的数值方法
• 2.2.3.2 初始条件和边界条件
• 2.2.3.3 方程的求解
• 2.3 FLUENT软件简介
• 2.3.1 FLUENT简介
• 2.3.2 FLUENT的计算机解决方案
• 第3章 真空管道运输列车空气阻力数值研究
• 3.1 列车空气阻力
• 3.2 数值模型及边界条件
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 数学模型及几何模型
• 3.2.2.1 数学模型
• 3.2.2.2 几何模型
• 3.2.2.3 网格划分
• 3.2.3 边界条件的设置
• 3.3 不同大气压力条件下真空管道运输高速列车空气阻力数值分析
• 3.3.1 列车周围流场分布
• 3.3.2 列车周围压力分布
• 3.3.3 计算结果分析
• 3.4 不同阻塞比条件下真空管道运输高速列车空气阻力数值分析
• 3.4.1 列车周围流场分布
• 3.4.2 列车周围压力分布
• 3.4.3 计算结果分析
• 3.5 不同车头外形条件下真空管道运输高速列车空气阻力数值分析
• 3.5.1 列车周围流场分布
• 3.5.2 列车表面压力分布
• 3.5.3 计算结果分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果