(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211193683.8 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市麓山 南路932号 (72)发明人 杨明智　张雷　周丹　王田天　 伍钒　钱博森　 (74)专利代理 机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 专利代理师 周云喆 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 尾部吹/吸气减阻式列车的气动阻力计算方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了尾部吹/吸气减阻式列车的气 动阻力计算方法及系统， 通过构建所述尾部吹/ 吸气减阻式列车的几何模型以及计算域， 并对所 述列车的几何模 型及计算域进行混合网格离散； 再基于网格离散后的列车几何模型及计算域构 建所述列车运行所述吹/吸气 减阻组件时的气动 特性数值模 型， 所述气动特性数值模 型采用基于 k‑ε湍流模型的DDES方法模拟所述列车运行所 述吹/吸气减阻组件时所述列车尾部的湍流流 动。 迭代求解所述气动特性数值模型， 得到所述 列车的气动阻力。 本发明通过使用混合网格技 术， 结合更高精度的DDES湍流模拟方法， 达到准 确模拟吹吸气作用下列车尾部的流动分离、 湍流 涡漩脱落、 附面层厚度变化等现象， 从而获得较 为精确的阻力数值计算结果。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 115510710 A 2022.12.23 CN 115510710 A 1.一种尾部吹/吸气减阻式列车的气动阻力计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 构建所述尾部吹/吸气减阻式列车的几何模型， 所述几何模型包括所述列 车的吹/吸气 减阻组件； 构建所述列车的几何模型运行所述吹/吸气减阻组件时的气动特性数值仿真的计算 域， 并对所述列车的几何模型及计算域进 行网格离散； 其中， 所述计算域的复杂几何外形的 区域采用非结构四面体网格离 散， 所述计算 域内的其 他区域均采用结构网格离 散； 基于网格离散后的列 车几何模型及计算域构建所述列 车的几何模型运行所述吹/吸气 减阻组件时的气动特性数值模型， 其中， 所述气动特性数值模 型的变量还包括尾部吹/吸气 风量风速， 所述气动特性数值模型采用基于k ‑ε湍流模型的DDES方法模拟所述列车运行所 述吹/吸气减阻组件时所述列车尾部的湍流 流动； 设定计算域的边界条件， 并初始化所述气动特性数值模型， 迭代求解所述气动特性数 值模型， 得到所述列车运行 所述吹/吸气减阻组件时的气动阻力。 2.根据权利要求1所述的尾部吹/吸气减阻式列车的气动阻力计算方法， 其特征在于， 所述列车 的吹/吸气减阻组件包括设置在列车尾部的吹/吸风口， 吹/吸风口在列车尾部的 空气分离线和空气再附线之 间的流线 型区域， 并呈环形布置， 且所述吹/吸风口分别与列车 各节车辆的废排 风机的出风口连接， 用于收集各节车厢的废气， 并将 废气从尾部向外排出。 3.根据权利要求2所述的尾部吹/吸气减阻式列车的气动阻力计算方法， 其特征在于， 所述复杂几何外形的区域包括： 转向架、 受电弓； 所述计算域在列车近壁面区域的网格进 行 加密处理， 所述列车表面设置N层附面层网格； 其中第一层附面层 网格厚度Δs通过以下公 式进行估算： 其中， y+为无量纲的壁面距离， 用来衡量壁面法向网格尺度对湍流模型的适应性； μ为 流体粘度； ρ 为 流体密度Ufric为近壁面摩擦速度， 由下式给 出： 式中， τwall为壁面剪切应力； 壁面剪切应力受到壁面法向速度梯度影响， 难以直接计算 得到精确值， 工程应用中通常是将流动 简化为平板流动， 根据 平板边界层理论， 由壁面摩擦 系数Cf和无穷远来 流速度进行 预估： 式中， U∞为无穷远来 流速度， 取最大 车速； Re为雷诺数。 4.根据权利要求3所述的尾部吹/吸气减阻式列车的气动阻力计算方法， 其特征在于， 所述气动特性数值模型的差分格式采用具有二阶精度的QUICK格式， 所述气动特性数值模 型的速度 ‑压力耦合 求解方法为SIMPLE C算法。 5.根据权利要求4所述的尾部吹/吸气减阻式列车的气动阻力计算方法， 其特征在于，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510710 A 2所述计算域的边界条件包括： 计算域的来流端面设置为速度入口边界条件， 且速度入口给 定与列车车速方向相反的速度； 计算域的下游端面给定压力出口边界条件， 静压为0； 列车 表面给定无滑移固壁边界条件； 若在列车表面进行吹吸气主动控制时， 控制面给定速度入 口边界； 地面给定滑移地面边界条件， 以消除地面附面层的影响， 滑移速度与车速一致； 计 算域顶面与两侧面采用滑 移壁面边界条件。 6.根据权利要求5所述的尾部吹/吸气减阻式列车的气动阻力计算方法， 其特征在于， 所述列车尾部的吹/吸气 风量风速通过以下公式获取： v＝Q/S， Q＝Q1+Q2+Q3+...+Qn， 其中， v 为列车尾部的吹/ 吸气风量风速， S为列车尾部的吹/ 吸风口大小， Q1、 Q2、 Q3……Qn分别为列 车第1节车厢、 第2节车厢、 第3节车厢 ……第n节车厢的新风/废排风量， n为列车的车厢总 数。 7.一种计算机系统， 包括存储器、 处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的 计算机程序， 其特征在于， 所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一 所述方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510710 A 3