[發(fā)明專利]基于數(shù)值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法

有效

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• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110321587B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)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(lián)信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 張媛媛

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法，包括：建立數(shù)值模擬所需的車輛隧道運動模型；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；仿真驗證修正后的車輛隧道空氣附加阻力計算公式。本發(fā)明針對常用的軌道車輛模型在隧道工況下運動所受空氣阻力數(shù)值進行數(shù)值模擬計算。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明增加車輛總長度和隧道阻塞比參數(shù)的計算，修正軌道車輛隧道空氣附加阻力計算公式，完善了現(xiàn)有隧道空氣附加阻力計算公式中的缺陷，提高了計算公式的準確性及適用性。借助此方法在軌道車輛前期開發(fā)過程中可預先計算隧道空氣附加阻力，對車輛牽引匹配選型、能耗計算提供支持。

技術領域

本發(fā)明屬于車輛空氣阻力計算技術領域，尤其涉及一種基于數(shù)值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法。

背景技術

牽引能耗的高低與軌道車輛所受的阻力密切相關。車輛在行駛時，所要克服的阻力之一為空氣阻力。隨著車輛行駛車速的增加，空氣阻力也逐漸成為最主要的行車阻力。當前，軌道交通隧道眾多，當車輛進入隧道時，所受到的空氣阻力與明線狀態(tài)運行時相差很大。隧道空氣附加阻力是指列車進入隧道時所附加的空氣阻力。由于列車進入隧道，使空氣流動的截面積減小，因而空氣的流速提高，以及列車頭部的空氣被壓縮和尾部的空氣被稀釋的情況比隧道外加劇，所以作用在列車上的空氣阻力增大。一個合適的快捷的車輛隧道空氣附加阻力計算方法對分析軌道車輛在隧道中的行駛狀況、整車性能和運行能耗計算，以及軌道車輛的后期改進十分重要。

而現(xiàn)有的隧道空氣附加阻力計算方法中，風洞試驗及惰行試驗具有一定的局限性，通常在車型開發(fā)完成后，對已有車輛車型進行試驗，不便對車輛車型的前期開發(fā)過程中動力匹配進行指導。另外，現(xiàn)有牽引計算的隧道空氣附加阻力計算公式誤差較大，只體現(xiàn)了隧道長度參數(shù)對隧道附加空氣阻力的影響，沒有體現(xiàn)車輛長度和阻塞比等重要因素的影響，故無法準確計算出車輛隧道空氣附加阻力。因此，有必要針對軌道車輛，考慮車輛長度、阻塞比等因素的影響，設計軌道車輛隧道空氣附加阻力更快捷和準確的計算方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明在上述現(xiàn)有隧道空氣附加阻力計算方式不足的基礎上針對軌道車輛提供了一種基于數(shù)值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法，修正隧道空氣附加阻力計算公式，完善了現(xiàn)有空氣附加阻力計算中的缺陷，提高了隧道空氣附加阻力計算公式的準確性，為實現(xiàn)軌道車輛隧道空氣附加阻力準確快速計算提供解決方案。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)值模擬的軌道車輛隧道空氣附加阻力計算方法，包括以下步驟：

(S1)建立數(shù)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。

優(yōu)選的，步驟(S1)建立數(shù)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(qū)域采用四面體網(wǎng)格并加密處理，車體采用六面體網(wǎng)格；

沿車輛運行方向建立隧道空間的滑移網(wǎng)格模型，并劃分網(wǎng)格；

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(qū)域兩端口設置為壓力出口，湍流模型采用標準k-ε模型。

優(yōu)選的，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?yún)?shù)，F(xiàn)_s為隧道空氣附加阻力；