CFD在铁路机车设计中应用 开题报告.docx

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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Application of CFD in railway locomotive d

2、esign1. 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到发展。1964年日本

3、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，而经过数年发展，第三代ICE的运行

4、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的交流，随后京津城际铁路的成功给时速300km

5、/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

6、。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112.1湍流模拟的数值方法112.1.1湍流模型分类112.1.2 RANS湍流模型的控制方程122.1.4控制方程的离散化13第三章 不同运行速度对高速列车外流场的影响143

7、.1 模型描述143.1.1 几何模型143.1.2 计算域与边界条件153.1.3 网格划分163.1.4 计算设置与收敛条件173.2 计算结果分析183.2.1列车周围流动速度分布183.2.2列车周围流动压力分布193.2.3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Fluent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

8、相关专业知识；（2）利用各个平台查找相关文献资料；（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1Baker C, Hemida H, Iwnicki S, et al. Integration of Crosswind Forces into Train Dynamic Modelling J. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part F Journal of Rail & Rapid Transit, 2011, 225(2): 154-164.2Ba

9、ker C. The flow around high speed trains J. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2010, 98(6): 277-298.3Ding Y, Ding Y, Sterling M, et al. An alternative approach to modelling train stability in high cross winds J. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers - Part F, 200

10、7, 222(1): 85-97.4Baker C J, Jones J, Lopez-Calleja F, et al. Measurements of the cross wind forces on trains J. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2004, 92(7): 547-563.5Pombo J, AmbrSio J, Pereira M, et al. Influence of the aerodynamic forces on the pantographcatenary system for

11、 high-speed trains J. Vehicle System Dynamics, 2009, 47(11): 1327-1347.6Hemida H, Baker C. Large-eddy simulation of the flow around a freight wagon subjected to a crosswind J. Computers & Fluids, 2010, 39(10): 1944-1956.7Ikeda M, Mitsumoji T, Sueki T, et al. Aerodynamic Noise Reduction in Pantograph

12、s by Shape-smoothing of the Panhead and Its Support and by Use of Porous Material in Surface Coverings J. Quarterly Report of Rtri, 2010, 51(4): 220-226.8Krajnovic S, Ringqvist P, Basara B. Large Eddy Simulation of the Flow around a Simplified Train Moving through a Crosswind Flow; proceedings of th

13、e International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance, F, 2012 C. 2012:86999Suzuki M, Tanemoto K, Maeda T. Aerodynamic characteristics of train/vehicles under cross winds J. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2003, 91(12): 209-218.10Carrarini A.

14、Reliability based analysis of the crosswind stability of railway vehicles J. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 2007, 95(7): 493-509.11丁叁叁. 高速动车组降阻与减重应用研发 J. 机车电传动, 2012, 5): 10-16.12田红旗. 列车空气动力学 M. 中国铁道出版社, 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

15、, 张继业, 李忠继, et al. 基于Fluent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): 378-384.16Meng-Ge Y U, Zhang J Y, Zhang W H. Multi-objective optimization design method of the high-speed train head J. Journal of Zhejiang University-Scie

16、nce A(Applied Physics & Engineering), 2013, 14(9): 631-641.17Yu M G, Zhang J Y, Zhang K Y, et al. Study on the operational safety of high-speed trains exposed to stochastic winds J. Acta Mechanica Sinica, 2014, 30(3): 351-3606.实施计划2017.12.082017.12.15：搜集相关资料，拟定论文结构。2017.12.152017.01.08：整合准备相关资料，及时向指

17、导老师索要反馈信息，提交开题报告、外文翻译。2018.01.082018.02.15：学习Solidworks与Workbench，并准备中期考核表撰写论文初稿。2018.02.152018.04.19：继续进行论文撰写、及时发现问题并进行修改。2018.04.202013.04.29：完成并提交初稿并交指导老师审阅。2018.05.102018.05.22：做好论文答辩准备。指导教师（导师组）意见：签 名： 年 月 日审查小组意见：审查小组负责人（签 名）： 年 月 日备注：1、 要有10篇以上相关文章的阅读量。2、 理、工科开题报告撰写要求在2500字左右，人文社科开题报告在3500字左右，包括论文选题的背景和意义、工作任务分析、调研报告、方案拟定与分析、毕业论文撰写提纲及实施计划、文献综述（理、工科可不提交文献综述）等。3、 电脑打印，用A4纸，内容为小四号宋体，行距为固定值20磅。4、 文献综述（按文献综述格式打印）附在开题报告后面一起装订。