CFD在铁路机车设计中应用开题报告

1、CFD在铁路机车设计中应用说明1开题报告是保证毕业设计（论文）质量的一个重要环节，为规范 毕业设计的开题报告，特印发此表。2学生应在开题报告前，通过调研和资料搜集，主动与指导教师讨 论，在指导教师的指导下，完成开题报告。3此表一式三份，一份交学院装入毕业设计（论文）档案袋，一份 交指导教师，一份学生自存。4选题需经基层教学单位（专业教研室）讨论审核、二级学院主管 院长批准、 报教务处备案， 方可正式进入下一步毕业设计 （论文） 阶段。姓名开题时间学院专业班级指导教师 （导师 组）论文题目中文CFD在铁路机车设计中应用英文Applicati on of CFD in railway locomo

2、tive desig n1.选题的背景和意义1.1研究背景从建国开始国家就不遗余力投入铁路网的建设，内燃机技术的发展与电力牵引的应用 使得铁路机车的应用越来越广泛，而逐渐取代机车成为交通运输最为重要的一环。但由于 其动力有限以及列车外形的设计缺陷以及路基条件的限制，使得内燃机车难以达到较高的速度，以实现跨地区的快速交流，因而在这样的背景下，高速列车应运而生，其设计时速 可达200公里每小时，相比于传统运输行业，包括汽车、飞机、轮船甚至内燃机车在内， 都具有非常明显的优势；低能耗、高速度、稳定性好、安全系数高、不易晚点使得高速列 车在全世界获得空前的关注。高速列车的技术在日本和欧洲一些国家首先得

3、到发展。1964年日本就建成了时速可达210公里的 光”号列车，光”号列车在日本东海道新干线得到良好的商业运营，随着光”号列车的商业示范运营，其覆盖到东北、山阳等其他干线上。日本在高铁运行上积累深厚， 在03年底，高铁总运营里程就已达到2325公里。日本偏向于商业运行上的稳定，而法国 则更偏向于追求极致的运行速度，早在20世纪90年代，高铁的设计速度就达到300km/h, 这远远领先与其他国家，而在实验室中，其实测的最高时速就达到510 km/h,足以彰显其高铁技术的领先地位。随着法国与日本高铁事业的蒸蒸日上， 德国的高铁技术也不堪落后， 其第一代ICE的设计时速已达到317 km/h，而经过

4、数年发展，第三代ICE的运行速度就 达到330 km/h。截止至2003年底，全世界高铁运行总里程就已到达 15000公里（时速200 km/h的11000多公里与超过时速200 km/h的4800公里），但仅占世界铁路总里程的仅 2%,另一方面其承载的客运量将近总客运量的 1/6。因而其高效的客运能力使得其受到越 来越多国家的关注。而中国的高铁事业是从铁道部至 90年代提出的六次大提速开始的，但至今发展速度相较于其他发达国家是相当显著的，在2007年，全国多数干线运行速度已提升至 200km/h, 而在2008年第一条350km/h的高铁线路投入运行，其架设与京津城际铁路上极大促进京 津两地

5、的交流，随后京津城际铁路的成功给时速300km/h的武广、郑西、沪杭等铁路干线的投入运行打下良好基础。中国的高铁技术在充分吸收、吸纳发达国家先进的高铁技术， 通过再创新的方式逐渐形成世界领先水平的高铁设计与运行技术体系。青岛BSP公司、四方股份、唐山客车厂、长客股份等优秀企业给CRH1至CRH5的设计与运行投入大量精力 而使得这一系列的动车组都获得全世界的关注。截止2010年底，我国高速铁路运行总里程就已达到8538公里，高铁运行速度均可到达200350km/h,运行可靠。据统计，中国高 铁运行总里程以及速度等级都已占世界首位。本文就已在高铁设计研究的热潮下，通过 CRH2和谐号动车组列车为切

6、入口，研究不同列车运行速度对列车周围空气动力特性的影 响。2. 研究目标、内容（论文提纲2.1研究目标本文主要对高速列车明线运行的静风状态进行研究，研究CRH2高速列车组在200350km/h运行速率区间内其空气动力学特征，包括列车外流场的速度分布、压力分布 与列车表面的压力载荷分布，进而研究不同列车运行速度下的运行阻力。第一章绪论 41.1研究背景41.2列车空气动力学的研究内容以及研究方法61.3国内外研究现状71.4研究内容与研究方法 10 第二章数值计算方法理论 11 2.1湍流模拟的数值方法11湍流模型分类112.1.2 RANS湍流模型的控制方程12控制方程的离散化13第三章不同运

7、行速度对高速列车外流场的影响143.1模型描述14几何模型14计算域与边界条件15网格划分16计算设置与收敛条件173.2计算结果分析 18列车周围流动速度分布18列车周围流动压力分布19列车表面压力分布21第四章结论 243. 研究方法及技术路线本文主要对高速列车外流场的空气动力学特性进行研究，选择高速列车动车组CRH2为研究模型在Solidworks中建模，再将建立好的3D模型导入至 Workbench平台上的ICEM 进行网格划分与Flue nt湍流流动计算，最后将计算结果导入至 Tecplot后处理软件中进行 图像处理。4. 研究工作基础（1）已有得相关专业知识；（2）利用各个平台查找

8、相关文献资料；（3）查阅相关教材资料并分析；（4）论文指导老师的指导；（5）与同学进行讨论探究。5. 主要参考文献及出处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

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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

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15、出版社，2007.13 李田，张继业，张卫华.高速列车流固耦合的平衡状态方法J.机械工程学报，2013, 49(2): 95-101.14 李田，张继业，李忠继，et al.基于Flue nt与Simpack的高速列车流固耦合联合仿 真J.计算力学学报,2012, 29(5): 675-680.15 于梦阁，张继业，张卫华.随机风作用下高速列车动力学参数的可靠性优化设计J.动力学与控制学报,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.实施计划2017.12.15:搜集相关资料，拟定论文结构。- 2017.01.08:整合准备相关资料，及时向指导老师索要反馈信息，提交开题报 告、外文翻译。2018.02.15:学习Solidworks与 Workbench,并准备中期考核表撰写论文初稿。-2018.04.19:继续进行论文撰写、及时发现问题并进行修改。2018.04.2（2013.04.29:完成并提交初稿并交指导老师审阅。