CN112597583A - 高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置，所述方法包括建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；确定气动阻力强关联特殊流动部位和尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；最后将射流口作为速度入口边界条件，根据参数集合及具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算不同射流口位置列车的气动阻力随不同射流参数的变化曲线，以确定最优减阻方案。本发明提供的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，减少了研究周期和花费成本，提高了仿真结果的精确度。

Description

高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置
技术领域
本发明涉及列车气动减阻技术领域，尤其涉及一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法、装置、终端设备和计算机可读存储介质。
背景技术
目前，列车运行过程中的能耗主要用于克服运行阻力，在高速运行状态下列车受到的空气阻力随速度的平方急剧增加，对节能和环保提出新的挑战，因此列车空气阻力研究是高速列车减阻节能的主要考虑因素。现有技术下，主要通过对高速列车头型进行特定结构的设计与局部结构优化，或者湍流流场主动控制方法来实现减阻降噪。但是前者通过改动外形来提高列车气动性能方法已经趋于完善与成熟，并受人机空间、制造工艺和设计要求不断提高的限制，有较大的局限性；且该方法主要适用于列车设计初期，存在设计周期长、成本高的问题。而后者在如何实现精准主动射流调控的问题上，仍缺少机理性和准则性依据，若采用纯模型试验的方法同样会耗费大量的成本和研究周期。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置，所述方法通过确定与高速列车气动阻力形成强关联的特殊流动位置，可精确定位尾部射流位置；通过确定尾部射流对高速列车三维、高湍流度复杂流动的局部影响范围、强度、正抑制或负增强等干扰机理，为科学调控提供依据，提高主动射流调控的精准性；通过数值仿真的形式，过程不受试验环境影响，进而减少研究周期和花费成本。
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，包括：
建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；
根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位；
根据所述气动阻力强关联特殊流动部位确定尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中，所述参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；所述尾部射流位置包括第一位置、第二位置及第三位置；
将射流口作为速度入口边界条件，根据所述参数集合及所述具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算所述第一位置、所述第二位置及所述第三位置的列车气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定最优减阻方案。
进一步地，所述建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式，包括：
建立高速列车三维几何简化模型，所述模型包括头车、中车及尾车；
根据有限体积法，建立所述高速列车的明线单车运行气动特性数值仿真计算区域；设定所述计算区域边界条件；
根据结构化网格技术，对所述计算区域和所述高速列车表面边界层网格进行精细划分，建立粗糙网格层、中等网格层及精细网格层三种网格密度，进行网格无关性分析，选取所述中等密度为计算区域网格；
根据预设列车运行条件，设置初始边界条件、湍流模型、耦合求解格式、离散格式、残差参数、监控参数设置求解格式。
进一步地，所述高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，还包括设置基于Realizable k-ε的湍流模型。
进一步地，所述根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位，包括：
根据高速列车周围速度场、压力场、边界层及列车周围涡旋结构，计算高速列车的气动压差阻力和摩擦阻力；
计算所述摩擦阻力与所述气动压差阻力占总阻力的比例，确定尾车部位为减小高速列车气动压差阻力的目标部位；
获取所述目标部位的周围湍流流场变化与所述目标部位的气动阻力的对应关系，确定气动阻力强关联特殊流动部位。
进一步地，所述第一位置为高速列车等截面车身和流线型尾部过渡位置；所述第二位置为尾车车前挡风玻璃上方流动分离处；所述第三位置尾车鼻尖点尾涡脱落处。
进一步地，所述高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法基于计算流体动力学仿真软件。
本发明某一实施例还提供一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析装置，包括：
精细化模型构建单元，用于建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；
尾部射流位置确定单元，用于根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位；
射流参数集合确定单元，用于根据所述气动阻力强关联特殊流动部位确定尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中，所述参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；所述尾部射流位置包括第一位置、第二位置及第三位置；
最优减阻方案获取单元，用于将射流口作为速度入口边界条件，根据所述参数集合及所述具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算所述第一位置、所述第二位置及所述第三位置的列车气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定最优减阻方案。
本发明某一实施例还提供一种计算机终端设备，包括：
多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法。
本发明某一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法。
相对于现有技术，本发明实施例至少具备如下有益效果：
(1)灵活可控，能够在需要的时间和部位出现，通过局部能量输入，获得局部或全局的有效流动改变；
(2)该方法适用性强，可通过适当的改造应用于现有车型上，不受设计周期的影响，具有更广阔的应用空间；
(3)以可循环使用列车冷却设备、通风设备的排风口能量作为输入源，实现能源的循化利用；
(4)本发明给出了详细具体的数值仿真分析方法和流程，为尾部射流减阻方案的制定和实施提供理论依据，减小耗费成本，提高结果的精确性。
附图说明
图1是本发明某一实施例提供的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法的流程示意图；
图2是本发明又一实施例提供的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法的流程示意图；
图3是本发明某一实施例提供的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法的步骤示意图；
图4是本发明某一实施例提供的高速列车三维几何简化模型；
图5是本发明某一实施例提供的数值计算区域及边界条件设定示意图；
图6是本发明某一实施例提供的计算区域纵切面切割体网格示意图；
图7是本发明某一实施例提供的车体表面结构网格示意图；
图8是本发明某一实施例提供的网格无关性分析结果示意图；
图9是本发明某一实施例提供的高速列车表面附面层分布规律示意图；
图10是本发明某一实施例提供的高速列车尾流区域Q量等值面(Q＝100)示意图；
图11是本发明某一实施例提供的高速列车尾部特殊流动位置1示意图；
图12是本发明某一实施例提供的高速列车尾部特殊流动位置2示意图；
图13是本发明某一实施例提供的高速列车尾部特殊流动位置3示意图；
图14是本发明某一实施例提供的高速尾部射流初始位置示意图；
图15是本发明某一实施例提供的高速列车气动阻力随射流速度变化曲线；
图16是本发明某一实施例提供的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
第一方面：
请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，包括：
S10、建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；
这一步主要是建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，需要说明的是湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。
其中，湍流流场主动控制方法是国际上前沿研究领域，它通过在物体流场中施加适当的扰动模式，改变列车局部或全局流场，达到改善气动性能的目的。主动射流方法在气动减阻降噪方面具有巨大的潜力，已在航空航海领域取得有效应用，但在高速列车领域研究鲜有记载。因此，为了实现精准主动射流调控，在本步骤中首先需要建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并对应得到模型中参数的求解格式；其中，步骤S10又包括以下子步骤，如图2所示：
S101、建立高速列车三维几何简化模型，所述模型包括头车、中车及尾车；
S102、根据有限体积法，建立所述高速列车的明线单车运行气动特性数值仿真计算区域；设定所述计算区域边界条件；
其中，有限体积法是计算流体力学中常用的一种数值算法，有限体积法基于的是积分形式的守恒方程而不是微分方程，该积分形式的守恒方程描述的是计算网格定义的每个控制体。有限体积法着重从物理观点来构造离散方程，每一个离散方程都是有限大小体积上某种物理量守恒的表示式，推导过程物理概念清晰，离散方程系数具有一定的物理意义，并可保证离散方程具有守恒特性。根据建立数值仿真计算区域，同时设定计算区域边界条件，用于后面的步骤。
S103、根据结构化网格技术，对所述计算区域和所述高速列车表面边界层网格进行精细划分，建立粗糙网格层、中等网格层及精细网格层三种网格密度，进行网格无关性分析，选取所述中等密度为计算区域网格；
其中，需要说明的是，计算流体动力学中，按一定规律分布于流场中离散点的集合称为网格，产生这些节点的过程就称为网格生成。网格生成是连接几何模型和数值算法的纽带，几何模型就只有被划分成一定标准的网格时才能对其进行数值求解。一般而言，网格划分越密，得到的结果就越精确，但耗时也越多。数值计算结果的精度及效率主要取决于网格及划分时所采用的算法，它和控制方程的求解是数值模拟中最重要的两个环节。网格生成技术已经发展成为流体机械CFD的一个重要分支。现有的网格生成方法主要分为结构化网格、非结构化网格和混合网格三大类。
划分好网格后，为了进一步缩小计算的范围，通过网格无关性分析得到所述高速列车表面边界层分布规律，以此来确定对减阻作用贡献为有效的计算区域。网格无关性分析的结果；其中，网格的无关性检验，指的是针对给定的物理实验模型，在此基础上，会选择不同尺度的网格，然后通过对实验测量参数自己数模相关的提取参数进行对比，然后计算误差，并通过考量计算时间，效率经济上的合理性来选择合适的网格，网格越细，对应的的工作量也越大，对计算机的消耗也大，网格太粗，计算结果的精度无法保证，因此在网格无关性分析中要综合考虑这两个影响因素。
S104、根据预设列车运行条件，设置初始边界条件、湍流模型、耦合求解格式、离散格式、残差参数、监控参数设置求解格式。
执行完步骤S104后，S10的全部过程结束，得到高速列车湍流流场数值模拟精细化模型及求解格式；接着执行步骤S20，其中，
S20、根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位；
本步骤中，采用后处理软件显示高速列车周围速度场、压力场、边界层、列车周围涡旋结构等；采用数据处理软件分析高速列车气动压差阻力和摩擦阻力对总阻力贡献度，分析列车各部分气动阻力分布规律，明确尾车对高速列车气动压差阻力贡献较大；结合上一步分析高速列车周围湍流流场变化和气动阻力形成关联性，精准定位于气动阻力强关联特殊流动部位。
S30、根据所述气动阻力强关联特殊流动部位确定尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中，所述参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；所述尾部射流位置包括第一位置、第二位置及第三位置；
S40、将射流口作为速度入口边界条件，根据所述参数集合及所述具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算所述第一位置、所述第二位置及所述第三位置的列车气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定最优减阻方案。
本发明实施例通过确定与高速列车气动阻力形成强关联的特殊流动位置，可精确定位尾部射流位置；通过确定尾部射流对高速列车三维、高湍流度复杂流动的局部影响范围、强度、正抑制或负增强等干扰机理，为科学调控提供依据，提高主动射流调控的精准性；通过数值仿真的形式，过程不受试验环境影响，进而减少研究周期和花费成本。
请参阅图3，在某一个示例性的实施例中，给出了该仿真方法的全部步骤：
首先建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，建立步骤包括获得列车三维几何模型、数值计算区域、计算区域网格及边界条件，然后进行求解格式的设置；建立好模型后，分析高速列车周围湍流流场变化和高速列车气体阻力的分布特性，定位与列车气动阻力形成强关联特殊流动位置，然后根据该位置确定射流模式参数的变量集合，其中变量包括：射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性，最后得到高速列车不同位置的气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定具有最佳减阻效果射流模式的方案。
在某一个示例性的实施例中，所述根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位，包括：
根据高速列车周围速度场、压力场、边界层及列车周围涡旋结构，计算高速列车的气动压差阻力和摩擦阻力；
计算所述摩擦阻力与所述气动压差阻力占总阻力的比例，确定尾车部位为减小高速列车气动压差阻力的目标部位；
获取所述目标部位的周围湍流流场变化与所述目标部位的气动阻力的对应关系，确定气动阻力强关联特殊流动部位。
在某一个示例性的实施例中，为了帮助理解本发明的仿真分析过程，该实施例以，以时速250km/h某型号三车编组高速列车为示例，对本发明的内容进行详细说明：
步骤1：
1.1采用三维建模软件建立三车编组高速列车简化几何模型，模型分别由头车、一节中间车、尾车组成，如图4所示；
1.2基于有限体积法，采用CFD前处理软件建立高速列车明线单车运行气动特性数值仿真计算区域，计算区域的建立以保证来流和列车周围流场充分发展、避免尾流对边界影响为原则，列车头车鼻尖点距离速度入口100m，尾车鼻尖点距离压力出口(静压为零)220m，计算区域宽和高分别为120m和80m；
1.3设置如图5所示各表面边界条件，计算区域速度入口给定与车速大小一致、方向相反的入流速度，两侧面和顶面给定对称平面边界条件，地面设置为滑移地面，设定滑移速度与速度入口一致，出口区域给定压力出口，设置静压为零。
1.4采用切割体网格技术对计算区域网格进行精细划分，采用棱柱边界层技术对列车壁面网格进行特殊处理，对贴近车身表面区域和尾流区域网格进行加密处理，计算区域纵切面切割体网格和车体表面结构网格如附图6和7所示。对粗糙网格、中等网格、精细网格三种不同网格密度进行了无关性验证，如图8所示，确定中等网格密度为后续数值仿真分析网格策略。
1.5采用CFD仿真软件读入区域网格文件，设置求解格式，可采用可实现的k－ε湍流模型，它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。压力速度耦合采用SIMPLEC算法求解，控制方程压力项采用二阶迎风格式进行离散，动量、湍流动能、湍流耗散率均采用QUICK格式；残差项均设置至10－6，以保证数值模拟精度；
其中可实现的k－ε模型：比起标准k－ε模型来有两个主要的不同点：
1)可实现的k－ε模型为湍流粘性增加了一个公式。
2)为耗散率增加了新的传输方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程。
可实现的k－ε模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。可实现的k－ε模型和RNG k－ε模型都显现出比标准k－ε模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。由于带旋流修正的k－ε模型是新出现的模型，所以还没有确凿的证据表明它比RNG k－ε模型有更好的表现。但是最初的研究表明可实现的k－ε模型在所有k－ε模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。该模型适合的流动类型比较广泛，包括有旋均匀剪切流，自由流(射流和混合层)，腔道流动和边界层流动。对以上流动过程模拟结果都比标准k－ε模型的结果好，特别是可再现k－ε模型对圆口射流和平板射流模拟中，能给出较好的射流扩张。
1.6对数值计算模型进行初始化，设置求解步数直至计算收敛，监控与输出高速列车各部位气动阻力。
步骤2：
2.1采用后处理软件显示高速列车周围速度场、压力场、边界层(如附图9)、列车周围涡旋结构(如附图10，列车尾流区域Q量等值面(Q＝100))等；
2.2采用数据处理软件分析高速列车气动压差阻力和摩擦阻力对总阻力贡献度，分析列车各部分气动阻力分布规律，明确尾车对高速列车气动压差阻力贡献较大；
2.3结合步骤2.2分析高速列车周围湍流流场变化和气动阻力形成关联性，精准定位于气动阻力强关联特殊流动部位。如附图11－13分别所示：位置(1)位于列车等截面车身和流线型尾部过渡位置、位置(2)位于车前挡风玻璃上方流动分离处、位置(3)位于鼻尖点尾涡脱落处；
步骤3：根据步骤2.3确定特殊流动部位，制定高速列车尾部射流位置初始方案，建立具有射流口的高速列车模型。如图14所示，在高速列车尾部三个位置设置射流狭缝，亦可设置为射流孔；
步骤4：在步骤1和步骤3的基础上建设具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型；
步骤5：确定射流模式参数集合，包括：(1)射流速度，射流速度V一般用车速的倍数表示，若车速为U，则射流速度表示为V/U；(2)射流方向，射流方向表示为与射流位置切向夹角，用α表示；(3)射流脉动特性，射流可采用常量，亦可采用具有周期性变化的速度表示。
步骤6：对射流口给定速度入口边界条件，根据步骤5设置不同的射流口边界条件，开展数值计算仿真，数值模型设置如步骤1一致；
步骤7：提取不同射流模型下列车气动阻力，采用数值差值方法得到气动阻力随不同射流参数变化规律，如图15给出了三种射流位置列车气动阻力随射流速度变化曲线；
步骤8：比较不同位置在不同射流参数工况下高速列车气动阻力，得到具有最佳减阻效果射流模式方案。如本算例采用本发明方法，得到在列车等截面车身和流线型尾部过渡位置2设置50mm宽射流狭缝，并以0.05倍车速速度射流时能够实现尾车减阻10.73％，整车减阻5.29％的良好减阻效果。
第二方面：
请参阅图16，本发明实施例还提供一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析装置，包括：
精细化模型构建单元01，用于建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；
这一步主要是建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，需要说明的是湍流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，也称为稳流或片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生，这种运动称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。
其中，该精细化模型构建单元01，还用于执行以下子步骤：
S101、建立高速列车三维几何简化模型，所述模型包括头车、中车及尾车；
S102、根据有限体积法，建立所述高速列车的明线单车运行气动特性数值仿真计算区域；设定所述计算区域边界条件；
其中，有限体积法是计算流体力学中常用的一种数值算法，有限体积法基于的是积分形式的守恒方程而不是微分方程，该积分形式的守恒方程描述的是计算网格定义的每个控制体。有限体积法着重从物理观点来构造离散方程，每一个离散方程都是有限大小体积上某种物理量守恒的表示式，推导过程物理概念清晰，离散方程系数具有一定的物理意义，并可保证离散方程具有守恒特性。根据建立数值仿真计算区域，同时设定计算区域边界条件，用于后面的步骤。
S103、根据结构化网格技术，对所述计算区域和所述高速列车表面边界层网格进行精细划分，建立粗糙网格层、中等网格层及精细网格层三种网格密度，进行网格无关性分析，选取所述中等密度为计算区域网格；
其中，需要说明的是，计算流体动力学中，按一定规律分布于流场中离散点的集合称为网格，产生这些节点的过程就称为网格生成。网格生成是连接几何模型和数值算法的纽带，几何模型就只有被划分成一定标准的网格时才能对其进行数值求解。一般而言，网格划分越密，得到的结果就越精确，但耗时也越多。数值计算结果的精度及效率主要取决于网格及划分时所采用的算法，它和控制方程的求解是数值模拟中最重要的两个环节。网格生成技术已经发展成为流体机械CFD的一个重要分支。现有的网格生成方法主要分为结构化网格、非结构化网格和混合网格三大类。
划分好网格后，为了进一步缩小计算的范围，通过网格无关性分析得到所述高速列车表面边界层分布规律，以此来确定对减阻作用贡献为有效的计算区域。网格无关性分析的结果；其中，网格的无关性检验，指的是针对给定的物理实验模型，在此基础上，会选择不同尺度的网格，然后通过对实验测量参数自己数模相关的提取参数进行对比，然后计算误差，并通过考量计算时间，效率经济上的合理性来选择合适的网格，网格越细，对应的的工作量也越大，对计算机的消耗也大，网格太粗，计算结果的精度无法保证，因此在网格无关性分析中要综合考虑这两个影响因素。
S104、根据预设列车运行条件，设置初始边界条件、湍流模型、耦合求解格式、离散格式、残差参数、监控参数设置求解格式。
进一步地，尾部射流位置确定单元02，用于根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位；
其中，在尾部射流位置确定单元02执行步骤S20时，采用后处理软件显示高速列车周围速度场、压力场、边界层、列车周围涡旋结构等；采用数据处理软件分析高速列车气动压差阻力和摩擦阻力对总阻力贡献度，分析列车各部分气动阻力分布规律，明确尾车对高速列车气动压差阻力贡献较大；结合上一步分析高速列车周围湍流流场变化和气动阻力形成关联性，精准定位于气动阻力强关联特殊流动部位。
进一步地，射流参数集合确定单元03，用于根据所述气动阻力强关联特殊流动部位确定尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中，所述参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；所述尾部射流位置包括第一位置、第二位置及第三位置；
进一步地，最优减阻方案获取单元04，用于将射流口作为速度入口边界条件，根据所述参数集合及所述具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算所述第一位置、所述第二位置及所述第三位置的列车气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定最优减阻方案。
第三方面：
在某一个示例性的实施例中，还提供了一种计算机终端设备，包括：
多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法。
处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static RandomAccess Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically ErasableProgrammable Read－Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(ErasableProgrammable Read－Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead－Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read－Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在某一个示例性的实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，其特征在于，包括：
建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；
根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位；
根据所述气动阻力强关联特殊流动部位确定尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中，所述参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；所述尾部射流位置包括第一位置、第二位置及第三位置；
将射流口作为速度入口边界条件，根据所述参数集合及所述具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算所述第一位置、所述第二位置及所述第三位置的列车气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定最优减阻方案。
2.根据权利要求1所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，其特征在于，所述建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式，包括：
建立高速列车三维几何简化模型，所述模型包括头车、中车及尾车；
根据有限体积法，建立所述高速列车的明线单车运行气动特性数值仿真计算区域；设定所述计算区域边界条件；
根据结构化网格技术，对所述计算区域和所述高速列车表面边界层网格进行精细划分，建立粗糙网格层、中等网格层及精细网格层三种网格密度，进行网格无关性分析，选取所述中等密度为计算区域网格；
根据预设列车运行条件，设置初始边界条件、湍流模型、耦合求解格式、离散格式、残差参数、监控参数设置求解格式。
3.根据权利要求2所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，其特征在于，还包括设置基于Realizable k-ε的湍流模型。
4.根据权利要求1所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，其特征在于，所述根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位，包括：
根据高速列车周围速度场、压力场、边界层及列车周围涡旋结构，计算高速列车的气动压差阻力和摩擦阻力；
计算所述摩擦阻力与所述气动压差阻力占总阻力的比例，确定尾车部位为减小高速列车气动压差阻力的目标部位；
获取所述目标部位的周围湍流流场变化与所述目标部位的气动阻力的对应关系，确定气动阻力强关联特殊流动部位。
5.根据权利要求1所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，其特征在于，
所述第一位置为高速列车等截面车身和流线型尾部过渡位置；
所述第二位置为尾车车前挡风玻璃上方流动分离处；
所述第三位置尾车鼻尖点尾涡脱落处。
6.根据权利要求1所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法，其特征在于，所述高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法基于计算流体动力学仿真软件。
7.一种高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析装置，其特征在于，包括：
精细化模型构建单元，用于建立高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，并设置求解格式；
尾部射流位置确定单元，用于根据所述高速列车湍流流场数值模拟精细化模型，模拟并分析高速列车的气动压差阻力、摩擦阻力及周围湍流流场变化，确定气动阻力强关联特殊流动部位；
射流参数集合确定单元，用于根据所述气动阻力强关联特殊流动部位确定尾部射流位置，建立具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，并确定射流模式参数集合；其中，所述参数集合包括射流口形状、射流速度、射流方向及射流脉动特性；所述尾部射流位置包括第一位置、第二位置及第三位置；
最优减阻方案获取单元，用于将射流口作为速度入口边界条件，根据所述参数集合及所述具有射流边界的高速列车气动特性数值仿真计算模型，分别计算所述第一位置、所述第二位置及所述第三位置的列车气动阻力随不同射流参数的变化曲线，根据所述变化曲线确定最优减阻方案。
8.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：
多个处理器；
存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1至6任一项所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至6任一项所述的高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法。
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