2.3　分析模型

2.3.1　基本假设

（1）高速列车运行时周围流场雷诺数Re>106，流场为紊流状态。由于所研究的是宏观流场参数（压力），计算分析采用雷诺时均方程求解，由k-ε两方程紊流模型来模拟其紊态流场。

（2）两高速列车相对运行时，相对速度大于400km/h，其诱导气流的速度也有可能超过0.3倍当地音速。因此，流场计算按可压缩流体处理。

（3）忽略受电弓、转向架、雨刮器等不太光滑的局部突起，简化列车为基本光滑的流线型车体。轨道也以一定表面粗糙度的平面代替。这样的简化对列车下方局部流场会有一定的影响，但对我们关心的侧壁上气体压力（波动）值的影响极其微小。

（4）列车外部空气流场为黏性、可压缩、紊流流动状态的瞬态流动过程，描述这一流场的控制微分方程采用连续性方程、动量方程和能量方程。方程组的数值求解采用有限体积算法。考虑移动网格计算时关于速度分量uj的控制容积积分方程为：

式中，ug为j坐标方向网格移动速度；ΔV为控制容积体积；A为控制容积表面积；p为气体压力。

网格移动时应使其满足网格守恒律，控制容积的时间变化率的计算公式为：

式中，f为控制容积表面数；Aj为控制容积j方向表面的法向矢量。

2.3.2　几何模型

计算模型几何形状以CRH3型高速列车尺寸建立，车宽3.257m，头尾部外形尺寸与CRH3型车（图2-5）外形尺寸基本一致。为不失一般性并保证计算精度，建立了两列各75m长的相同列车模型。数值计算中利用移动网格技术实现两列车的相向运动，两列车的运动速度可分别任意设定。由于计算过程为动态仿真，流场计算区域被分成三块划分计算网格，列车及其周围流场设定为移动网格区域，可分别以规定的速度移动；地面附近为固定网格区域，计算中网格不动。各区域间用平面交界面分割。车体表面与路面网格示意如图2-6所示（为表示清楚，图2-6中为比较粗糙的网格，实际计算比图中网格略密）。

2.3.3　计算工况

两列车交会，通常称其中一列车为通过列车，另一列车（通常在其上测量流场参数）为观测列车。仿真计算时可分别设定两列车以相同或不同的车速运行。计算分三步进行：

（1）设定两种线间距，4.457m（侧壁间距1.2m）和5.0m（侧壁间距1.743m），通过列车和观测列车的车速分别设定为0km/h、200km/h、250km/h、300km/h、350km/h、400km/h，组合起来每种线间距36个会车工况。为研究极端速度下的会车，另外计算了通过列车和观测列车速度分别为100km/h和500km/h的会车情况。

（2）设定另外4种线间距，4.257m，4.657m，4.857m和5.257m，每种线间距计算7种交会速度组合：通过列车速度/观测列车速度分别为0km/h/300km/h、70km/h/350km/h、200km/h/400km/h、300km/h/300km/h、400km/h/200km/h、350km/h/70km/h和300km/h/0km/h。

（3）线间距5.0m情况下4种极端速度会车：600km/h/100km/h、100km/h/600km/h、500km/h/600km/h、600km/h/500km/h。