高速列車氣動外形優(yōu)化設(shè)計是軌道車輛節(jié)能降耗和運行品質(zhì)提升的重要研究方向之一，也是目前交通行業(yè)的研究熱點。我國國土面積大，覆蓋高溫、高濕、高海拔等多種地理環(huán)境條件，高速列車運行時面臨著更為復(fù)雜的氣動效應(yīng)問題，這就需要從減阻、氣壓波、結(jié)構(gòu)疲勞等多個方面去提升高速列車的設(shè)計水平和運行品質(zhì)。本書從高速列車氣動外形設(shè)計原理、氣動外形系統(tǒng)減阻優(yōu)化、新頭型多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計、表面改形減阻技術(shù)、風(fēng)洞試驗技術(shù)、動模型試驗技術(shù)、典型線路氣動載荷等方面，闡述高速列車新頭型設(shè)計及綜合氣動效應(yīng)研究內(nèi)容，全面、系統(tǒng)地概述了新頭型及氣動外形設(shè)計流程、高速列車綜合氣動效應(yīng)相關(guān)的理論以及相應(yīng)的分析方法。本書總結(jié)了高速列車氣動外形優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域中的理論研究、計算機仿真分析、多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計和實車試驗驗證方面的部分研究成果，還介紹了近年來國內(nèi)外關(guān)注度較高的表面改形減阻技術(shù)等。本書建立了從理論基礎(chǔ)到工程設(shè)計方法，再到*終工程設(shè)計的設(shè)計理念，便于讀者輕松掌握高速列車新頭型設(shè)計及系統(tǒng)減阻技術(shù)問題的研究方法。本書可以作為相關(guān)科研院所研究人員、高校師生等學(xué)習(xí)高速列車空氣動力學(xué)的入門教程或參考書，也可以作為學(xué)習(xí)高速列車新頭型設(shè)計及綜合氣動效應(yīng)相關(guān)技術(shù)的入門教程或參考書。
高速列車氣動外形優(yōu)化設(shè)計是軌道車輛節(jié)能降耗和運行品質(zhì)提升的重要研究方向之一，也是目前交通行業(yè)的研究熱點。我國國土面積大，覆蓋高溫、高濕、高海拔等多種地理環(huán)境條件，高速列車運行時面臨著更為復(fù)雜的氣動效應(yīng)問題，這就需要從減阻、氣壓波、結(jié)構(gòu)疲勞等多個方面提升高速列車設(shè)計水平和運行品質(zhì)。本書內(nèi)容主要依托于高速列車綜合節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)與集成應(yīng)用示范（“十二五”科技支撐項目）、基于“重量-阻力-動力”多目標(biāo)均衡的綜合節(jié)能技術(shù)研究（“十三五”先進(jìn)軌道交通專項）、動車組客室氣密性能變化規(guī)律研究（鐵路總公司重大課題）、不同速度等級下隧道氣動載荷譜以及車線隧空氣動力學(xué)合理匹配關(guān)系（鐵路總公司重大課題）和國家自然科學(xué)基金（51605397）、四川省科技計劃(2019YJ0227)等科技研究項目。本書從高速列車氣動外形設(shè)計原理、氣動外形系統(tǒng)減阻優(yōu)化、新頭型多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計、表面改形減阻技術(shù)、風(fēng)洞試驗技術(shù)、典型線路氣動載荷六個方面，闡述了高速列車新頭型設(shè)計及綜合氣動效應(yīng)研究內(nèi)容，全面、系統(tǒng)地概述了新頭型及氣動外形設(shè)計流程、高速列車綜合氣動效應(yīng)相關(guān)理論以及相應(yīng)的分析方法。本書總結(jié)了高速列車氣動外形優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域中的理論研究、計算機仿真分析、多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計和實車試驗驗證方面的部分研究成果，還介紹了近年來國內(nèi)外關(guān)注度較高的表面改形減阻技術(shù)等。本書建立了從理論基礎(chǔ)到工程設(shè)計方法，再到最終工程設(shè)計的設(shè)計理念，便于讀者輕松掌握高速列車新頭型設(shè)計及系統(tǒng)減阻技術(shù)問題的研究方法。本書可以作為相關(guān)科研院所研究人員、高校師生等學(xué)習(xí)高速列車空氣動力學(xué)的入門教程或參考書。本書全面介紹了高速列車氣動外形優(yōu)化設(shè)計相關(guān)的基礎(chǔ)知識、軟件操作方法和仿真試驗應(yīng)用實例。全書共7章，第1章主要介紹列車空氣動力學(xué)基本理論，第2章主要介紹基于FLUENT和STARCCM+的列車空氣動力學(xué)數(shù)值仿真技術(shù)，第3章主要介紹列車氣動外形減阻設(shè)計，第4章主要介紹列車頭型多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計，第5章主要介紹表面改形減阻技術(shù)，第6章主要介紹風(fēng)洞試驗驗證技術(shù)，第7章主要介紹實車試驗驗證技術(shù)。本書主要由李明、李田、劉斌、司志強等編寫，參與編寫的還有孔繁冰、于淼、邵蓉、辛利平、解雪林、李臘、何玉平、余婷、楊素君、何智慧、王艷、張勇義、唐晨、魏紅蘋、萬興、蒲志琴、文生玲等。感謝梁習(xí)鋒、楊國偉、張繼業(yè)、郭迪龍、梅元貴、陳寶、張俊龍等人在本書編寫中給予的指導(dǎo)和幫助。由于編者水平有限，書中難免有不妥、疏漏之處，歡迎廣大讀者對本書提出批評和建議，以便做進(jìn)一步修改和補充。
前言
第1章列車空氣動力學(xué)基本理論
1.1流體力學(xué)基本概念
1.2計算流體力學(xué)基本概念
1.2.1CFD計算流程
1.2.2離散化
1.2.3流體力學(xué)的研究方法
1.3流體運動及換熱基本控制方程
1.4湍流模型
1.5近壁面模型
1.6CFD求解計算的方法
1.6.1耦合求解法
1.6.2分離求解法
1.6.3SIMPLE算法
1.7網(wǎng)格簡介
1.7.1結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格
1.7.2非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格
1.7.3混合網(wǎng)格
1.8小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第2章列車空氣動力學(xué)數(shù)值仿真技術(shù)
2.1基于ICEM和FLUENT的求解方法
2.1.1建立計算模型
2.1.2網(wǎng)格生成
2.1.3求解
2.1.4CFDPOST后處理
2.1.5列車明線氣動特性
2.2基于STARCCM+的求解方法
2.2.1建立計算模型
2.2.2表面準(zhǔn)備
2.2.3面網(wǎng)格
2.2.4生成體網(wǎng)格
2.2.5求解
2.2.6后處理
2.3湍流模型對列車氣動性能的影響
2.3.1幾何模型
2.3.2計算網(wǎng)格獨立性檢驗
2.3.3湍流模型
2.3.4離散格式及湍流模型對計算結(jié)果的影響
2.3.5列車氣動特性
2.3.6本節(jié)小結(jié)
2.4小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章列車氣動外形減阻設(shè)計
3.1動車組新頭型優(yōu)選
3.1.1動車組氣動計算模型
3.1.2流場計算結(jié)果分析
3.2列車頭部細(xì)長比
3.2.1計算模型
3.2.2基本氣動力對比
3.3列車頭部剖面控制線
3.3.1列車模型
3.3.2列車頭部控制線形狀與基本氣動性能
3.4轉(zhuǎn)向架區(qū)域裙板優(yōu)化
3.4.1裙板延伸優(yōu)化模型
3.4.2裙板延伸優(yōu)化模型氣動力
3.4.3壓力分布
3.5轉(zhuǎn)向架區(qū)域隔墻優(yōu)化
3.5.1傾斜隔墻優(yōu)化模型
3.5.2氣動性能
3.5.3壓力分布
3.6小結(jié)
第4章列車頭型多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計
4.1多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計流程
4.1.1參數(shù)化幾何模型建立
4.1.2優(yōu)化設(shè)計變量選取及CATIA腳本程序修改
4.1.3氣動力優(yōu)化設(shè)計流程搭建
4.2頭型關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣動性能的影響及權(quán)重分析
4.2.1設(shè)計參數(shù)與氣動力相關(guān)性分析
4.2.2優(yōu)化設(shè)計變量對氣動力的影響
4.3小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第5章表面改形減阻技術(shù)
5.1表面改形減阻方案
5.1.1非光滑凹坑結(jié)構(gòu)
5.1.2非光滑凹槽/肋條結(jié)構(gòu)
5.2減阻效果對比評估
5.2.1計算模型
5.2.2計算工況和條件
5.2.3不同形式非光滑結(jié)構(gòu)對比分析
5.3單區(qū)域表面改形減阻評估
5.3.1轉(zhuǎn)向架區(qū)域
5.3.2風(fēng)擋區(qū)域
5.4多區(qū)域表面改形減阻評估
5.5八編組氣動減阻效果評估
5.6影響機理分析
5.6.1剪切應(yīng)力
5.6.2湍流黏度
5.6.3渦量
5.6.4局部對比
5.6.5小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第6章風(fēng)洞試驗驗證技術(shù)
6.1氣動力風(fēng)洞試驗
6.1.1列車氣動特性的風(fēng)洞試驗系統(tǒng)
6.1.2試驗設(shè)備和模型
6.1.3數(shù)據(jù)處理
6.1.4試驗結(jié)果
6.1.5小結(jié)
6.2氣動噪聲風(fēng)洞試驗
6.2.1試驗設(shè)備與模型
6.2.2試驗內(nèi)容與方法
6.2.3試驗數(shù)據(jù)處理
6.2.4試驗結(jié)果及分析
6.2.5小結(jié)
6.3動模型試驗
6.3.1試驗平臺原理
6.3.2動模型平臺測試系統(tǒng)
6.3.3試驗?zāi)Ｐ图皽y點分布
6.3.4動車組通過隧道壓力測量
6.3.5列車通過隧道時氣動載荷變化規(guī)律
6.3.6小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章實車試驗驗證技術(shù)
7.1實車試驗與評估方法
7.1.1測試系統(tǒng)
7.1.2測點布置
7.1.3試驗實施與完成情況
7.2典型線路氣動載荷譜
7.2.1試驗概況
7.2.2秦嶺隧道群內(nèi)大氣數(shù)據(jù)測試
7.2.3秦嶺隧道群司機室側(cè)窗玻璃氣動載荷
7.2.4小結(jié)
參考文獻(xiàn)
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