[發明專利]基于數值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法

有效

• 申請號: 201910388056.1
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110321587B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 曹虎;孫叢君;李政達;葛學超;張輝;李家興
• 申請（專利權）人: 中車青島四方車輛研究所有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F119/14;G06F111/10;G06F113/08
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 張媛媛

1.一種基于數值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(S1)建立數值模擬所需的車輛隧道運動模型；

(S2)仿真并擬合車輛隧道空氣附加阻力計算公式，確定隧道空氣附加阻力修正公式；

(S3)仿真驗證修正后的車輛隧道空氣附加阻力計算公式；

其中，步驟(S1)建立數值模擬所需的車輛隧道運動模型的方法為：

建立軌道車輛三維模型，車頭處流場區域采用四面體網格并加密處理，車體采用六面體網格；

沿車輛運行方向建立隧道空間的滑移網格模型，并劃分網格，其中，隧道圓直徑由仿真實驗中的阻塞比R確定；

邊界條件界定：隧道入口設置為壓力入口邊界條件，隧道出口設置為壓力出口邊界條件，隧道壁面和地面以及軌道車輛壁面采用wall邊界條件，交換面邊界條件設置為內部面；運動區域滑移車速設置與車速相同，所述運動區域兩端口設置為壓力出口，氣體材料設置為可壓空氣，湍流模型采用標準k-ε模型；

其中，步驟(S2)仿真并擬合車輛隧道空氣附加阻力計算公式，確定隧道空氣附加阻力修正公式的方法為：

構建關于車輛總長度L、隧道阻塞比R以及車速v的車輛隧道空氣附加阻力多項式F_s(L,R,v)，L,R,v為輸入參數，F_s為隧道空氣附加阻力，其中，隧道空氣附加阻力計算公式為如下：

F_s＝β₁Lv²R²+β₂Lv²R+β₃LvR²+β₄LvR+β₅Lv²+β₆LR²+β₇v²R²

+β₈v²R+β₉vR²+β₁₀Lv+β₁₁LR+β₁₂vR+β₁₃v²+β₁₄R²+β₁₅L+β₁₆R+β₁₇v+β₁₈β_i(i＝1,2,3…18)為待通過數值模擬仿真確定參數；

設定車型，對車輛總長度L、隧道阻塞比R以及車速v進行參數模型(L,R,v)的不同組合，分別進行數值模擬，仿真計算出隧道中運行車輛的空氣阻力F_s1、明線空氣阻力F_s0以及空氣阻力系數C_n；

根據公式F_s＝F_s1-F_s0，分別計算出對應的隧道空氣附加阻力F_s；

數據擬合處理，求取車輛隧道空氣附加阻力多項式F_s(L,R,v)，得到車輛隧道空氣附加阻力修正公式，其中，分別將各組隧道空氣附加阻力值F_s代入車輛隧道空氣附加阻力多項式F_s(L,R,v)，得到多項式方程組；

采用APSO改進粒子群優化算法作為擬合方法，以方差作為優化目標，經過10⁴次迭代計算，可求出待辨識參數β_i(i＝1,2,3…18)的值，即可確定關于所述隧道空氣附加阻力F_s與所述車輛總長度L、所述隧道阻塞比R以及所述車速v的關系；

其中，步驟(S3)仿真驗證修正后的車輛隧道空氣附加阻力計算公式的方法為：

設定車型，改變車輛總長度L、隧道阻塞比R以及車速v的值，將通過修正后的隧道空氣附加阻力計算公式得到空氣阻力系數C_m與仿真得到的空氣阻力系數C_n進行比較，判斷相對誤差，驗證車輛隧道空氣附加阻力計算公式。

2.根據權利要求1所述的基于數值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法，其特征在于，求取車輛隧道空氣阻力修正公式的方法為：

分別將各組隧道空氣附加阻力F_s代入車輛隧道空氣附加阻力多項式F_s(L,R,v)中，得到多項式方程；采用APSO改進粒子群優化算法作為擬合方法，以方差作為優化目標，迭代計算，擬合隧道空氣附加阻力F_s與車輛總長度L、隧道阻塞比R以及車速v的關系，得到車輛隧道空氣附加阻力計算公式。