TB/T 3503.4-2018
基本信息
标准号： TB/T 3503.4-2018
中文名称：铁路应用空气动力学第4部分:列车空气动力学性能数值仿真规范
标准类别：铁路运输行业标准(TB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
下载格式：.zip .pdf
下载大小：4710845
相关标签： 铁路 应用 空气 动力学 列车 性能 数值 仿真 规范
标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
TB/T 3503.4-2018.Railway applications-Aerodynamics-Part 4: Requirements for train aerodynamic simulation.
1范围
TB/T 3503.4规定了列车空气动力学性能数值仿真的术语定义及缩略语.基本要求和6类不同工况数值仿真要求。
TB/T 3503.4适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的空气动力学性能数值仿真。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注8期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 16638.1- -2008空气动力学概念、量和符号第1 部分:空气动力学常用术语
3术语、定义及缩略语
3.1术语和定 义
GB/T 16638. 1- -2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1特征高度characteristic height
车顶与地面之间的距离,用符号h表示。
注:例如当模型位于路堤上时,特征高度为路堤(包括道床和钢轨)高度与列车高度之和。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
CFD:计算流体动力学( Computational Fluid Dynamics)
CFL condition :CFL条件( Courant-Friedrichs-Lewy condition)
DES:分离涡模拟( Detached Eddy Simulation)
DNS:直接数值模拟( Direct Numerical Simulation)
LBM:格子波尔兹曼方法( Ltce Boltzmann Method)
LES :大涡模拟( Large Eddy Simulation)
RANS:雷诺平均纳维叶_斯托克斯方程( Reynolds-Averaged Navier -Stokes)
RSM:雷诺应力模型( Reynolds Stress Model)
1范围
TB/T 3503.4规定了列车空气动力学性能数值仿真的术语定义及缩略语.基本要求和6类不同工况数值仿真要求。
TB/T 3503.4适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的空气动力学性能数值仿真。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注8期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 16638.1- -2008空气动力学概念、量和符号第1 部分:空气动力学常用术语
3术语、定义及缩略语
3.1术语和定 义
GB/T 16638. 1- -2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1特征高度characteristic height
车顶与地面之间的距离,用符号h表示。
注:例如当模型位于路堤上时,特征高度为路堤(包括道床和钢轨)高度与列车高度之和。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
CFD:计算流体动力学( Computational Fluid Dynamics)
CFL condition :CFL条件( Courant-Friedrichs-Lewy condition)
DES:分离涡模拟( Detached Eddy Simulation)
DNS:直接数值模拟( Direct Numerical Simulation)
LBM:格子波尔兹曼方法( Ltce Boltzmann Method)
LES :大涡模拟( Large Eddy Simulation)
RANS:雷诺平均纳维叶_斯托克斯方程( Reynolds-Averaged Navier -Stokes)
RSM:雷诺应力模型( Reynolds Stress Model)
标准图片预览
标准内容
ICS45.060.01
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T3503.4-2018
铁路应用
空气动力学
第4部分：列车空气动力学性能
数值仿真规范
Railway applications-Aerodynamics-Part 4: Requirements for train aerodynamic simulation2018-04-12发布
国家铁路局发布
2018-11-01实施
规范性引用文件
3术语、定义及缩略语
基本要求
不同工况数值仿真要求
.o55-...
TB/T3503.4—2018
TB/T3503《铁路应用
月空气动力学》分为四个部分：一第1部分：符号与单位；
一第2部分：隧道空气动力学效应；第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法；-第4部分：列车空气动力学性能数值仿真规范。本部分为TB/T3503的第4部分
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准由中国铁道科学研究院标准计量研究所归口。TB/T3503.4-2018
本标准起草单位：中南大学、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中车长春轨道客车股份有限公司。
本标准主要起草人：田红旗、刘堂红、杨志刚、丁参参、陈大伟、余以正。Ⅲ
1范围
铁路应用空气动力学
TB/T3503.4—2018
第4部分：列车空气动力学性能数值仿真规范TB/T3503的本部分规定了列车空气动力学性能数值仿真的术语、定义及缩略语、基本要求和6类不同工况数值仿真要求。
本部分适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的空气动力学性能数值仿真。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T16638.1—2008
8空气动力学概念、量和符号第1部分：空气动力学常用术语3术语、定义及缩略语
3.1术语和定义
CB/T16638.1一2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
特征高度characteristic height车顶与地面之间的距离，用符号h表示。注：例如当模型位于路堤上时，特征高度为路堤（包括道床和钢轨)高度与列车高度之和。3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
CFD：计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics）CFL condition:CFL条件（Courant-Friedrichs-Lewy condition）DES：分离涡模拟（DetachedEddySimulation）DNS：直接数值模拟（DirectNumerical Simulation）LBM：格子波尔兹曼方法（LatticeBoltzmannMethod）LES：大涡模拟（LargeEddySimulation）RANS：雷诺平均纳维叶-斯托克斯方程（Reynolds-AveragedNavier-Stokes）RSM：雷诺应力模型（ReynoldsStressModel）S-A：一种单方程模型（Spalart-Allmaras）k-：一种两方程模型（k-epsilon）k-w：一种两方程模型（k-omega）4基本要求
4.1概述
列车空气动力学性能数值仿真可分为6类工况：明线单车工况、明线交会工况、隧道单车工况、隧道交会工况、大风环境下单车工况、大风环境下交会工况。1
TB/T3503.4-2018
4.2基准检验
为验证CFD方法的准确性，数值仿真应选择相应典型工况进行试验验证。明线单车工况、大风环境下单车工况的试验数据可来自实车试验、风洞试验或动模型试验：其他工况的试验数据可来自实车试验或动模型试验。基准检验至少从表1中选择一种参数进行对比。表1基准检验对比参数
明线单车
车辆气动力
（风洞、动模型）
车体表面压力
（风洞、动模型、
实车）
明线交会
车体表面压力
隧道单车
车体表面，隧免费标准bzxz.net
道壁面压力变化
隧道交会
车体表面、隧
道壁面压力变化
数值计算结果与试验结果的最大充允许相对误差为±10%。大风环境下单车大风环境下交会车辆气动力
（风洞、动模型）
车体表面压力
（风洞、动模型、
实车）
当采用不同的CFD软件（包括相同软件的升级版）时，基准检验应重新进行。4.3模型要求
车体表面压力
模型既可是全尺寸也可是缩比模型。如果计算结果需与风洞或动模型试验数据对比，计算模型宜与试验一致。为保证几何相似性，列车和线路模型均应以相同的比例缩放。应充分考虑线路特征如路基、轨道、隧道等，构建对应的计算模型。计算隧道工况时（单车过隧道、隧道内交会）列车编组长度对计算结果的影响较大，宜采用实际编组模型计算，否则应考虑编组长度对计算结果的影响；计算明线列车风时列车编组总长度不应小于120m或按实际编组长度：其他工况宜采用至少包含头车、1节中间车和尾车的列车模型。车辆模型应准确模拟真实车辆，模型的简化不应导致不符合实际的流动。光滑曲面上应划分足够细的网格，以避免由于多边形逼近引起的人工流动分离，确保流动相似。车体侧面、车顶和底部应保留其基本外形轮廊特征：受电弓可忽略，如果由于特殊原因需要考虑受电弓，应谨慎处理受电弓区域的雷诺数效应；即使实际车体外形有轻微的不对称（例如地板下区域或车顶区域），也推荐构建对称模型，以利于误差分析。应提供车辆模型的简化说明。线路模型应反映真实线路的特征尺度。4.4计算区域
计算区域选取的依据是应保证计算区域的边界不影响列车周围的气流流动特征。应验证计算区域与计算结果的无关性。
4.5网格划分
网格应足够精细，尤其是在大压力梯度和速度梯度区域，如：边界层、剪切层、大漩涡结构、驻点区、回流区、尾迹区等。
应检验网格无关性，在高梯度区域应局部加密，不同网格的仿真结果流态拓扑应一致，计算结果最大偏差应在3%以内。
典型的近壁面网格建议参见图1。边界层区域，网格增长因子（81/8.）不宜大于1.2，第1层网格的长宽比（W,/8,）不宜大于50；8不宜少于10层网格。无滑移壁面的近壁面单元网格应满足以下基本要求：采用壁面函数的RANS方法模拟时，无量纲壁面距离（*）的典型值为30~150；对于未采用壁面函数的RANS和LES等流模拟，y*约为1。
4.6端流模型
瑞流模型是为了预测端流应力而构建的工程假设模型。这些应力是对流体控制方程的非线性对2
TB/T3503.4—2018
流项进行平均或滤波的结果，对端流流动而言，其附加黏度有时比空气实际黏度大几个数量级。流模型选取的原则是尽可能反映真实的物理现象。通常使用的流模型有：S-A模型、k-ε模型、k-w模型、RSM模型、DES模型、LES模型等，关注尾涡或分离区域的流场参数时，宜采用LES或DES方法。7777777777777777777
说明：
W,——第1层网格长度，单位为毫米（mm）；8—第1层网格宽度，单位为毫米（mm）；8,——第2层网格宽度，单位为毫米（mm）；5—第i层网格宽度，单位为毫米（mm）；一边界层厚度，单位为毫米（mm）。图1近壁面网格
4.7计算方法
大多数方法基于连续介质理论的动量方程（Navier-Stokes方程），但基于气体动力学理论格子玻尔兹曼方法（Lattice-BoltzmannMethod）的方法也同样适用。计算方法应可模拟三维粘性流动。当流动的特征随时间变化不明显时，可使用定常方法。列车通过隧道或隧道内交会计算时均应采用可压模型其他工况计算时，运行速度大于350km/h时应采用可压模型。计算宜采用二阶精度算法。4.8边界条件
具体的边界条件设置根据不同计算工况要求确定，见5.1~5.6。如无特殊要求，CFD数值计算中环境温度为15℃、大气压为1.01325×10°Pa、标准空气密度P。=1.225kg/m。4.9监测点布置
计算时车体表面压力变化监测至少应包含以下典型位置测点：司机室侧窗、车身侧窗、车门、裙板、风挡。隧道壁面压力变化监测至少包含以下典型位置测点：距离隧道口1倍流线型长度位置、1倍列车编组长度位置、1/3隧道长度、1/2隧道长度、横通道、竖井等，且在隧道长度方向上进出口对称布置监测点，双线单洞隧道应左右对称布置测点。4.10计算时间
对列车运动的非定常计算，计算时间应保证模拟列车运动完成后（交会以两列车尾部交会完、过隧道以列车尾部离开隧道）至少再运行50m（全尺寸）；对列车静置的非定常计算，计算的时间至少为流体流过整个车长时间的5倍，以抑制初始条件的数值扰动。时间步长宜满足CFL条件，采用显式方法求解时CFL数应小于1采用隐式方法求解时，CFL数根据反映的实际物理特性选择。
TB/T3503.4-2018
4.11收敏敛准则
对于定常流动，收敛准则为：流场参数的标准化残差值数量级降低到10-，或计算气动力或车身均勺区域表面压力的变化幅度小于3%。对于非定常流动，收敛准则为：流场参数的标准化残差值数量级降低到10-且端流模型参数的标准化残差值数量级降低到10-3；对于明线单车运行或大风环境下单车运行等具有拟周期特性的非定常数值模拟收敛准则：满足残差收敛要求或满足气动力在某一平均值上下做拟周期性脉动。4.12数据插值
非计算工况的气动力系数应利用计算工况的结果内插值获得。应记录插值方法。5不同工况数值仿真要求
5.1明线单车运行工况
宜采用列车静置、给定来流速度的方法模拟列车运行的定常流动特征。计算区域示意参见图2。G
说明：
H——计算区域高度，单位为米（m）；W——计算区域宽度，单位为米（m）：L——列车头部距离流域端面（面ABCD）距离，单位为米（m）；L，——列车尾部距离流域端面（面EFGH)距离，单位为米（m）。图2明线运行工况计算区域示意
车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01；高度方向，H不宜小于8倍特征高度：长度方向，上游L，不宜小于8倍特征高度；下游L不宜小于16倍特征高度，列车编组较长时，应大于1倍列车编组长度。
人口（面ABCD）宜设置为低端流均勾来流条件：出口（面EFGH）宜设置为恒压或质量守恒边界条件：顶面（面BFGC）和侧面（面ABFE、面CDHG）宜设置为壁面或对称边界条件：地面（面AEHD）和道床设置为与列车运行方向相反、速度大小相等的移动壁面：列车表面为无滑移壁面。如果数值计算是模拟风洞实验的情况，地面设置应按风洞实际情况处理。列车运行速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。
5.2明线交会工况
宜采用滑移网格技术模拟列车交会过程的瞬态流动特征。计算区域示意参见图3。车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01：高度方向H不宜小于8倍特征高度：在开始计算时，两车间距L，不宜小于50m，保证两列车初始彼此的运动不影响对方流场：L不宜小于16倍特征高度。
说明：
区域F
H——计算区域高度，单位为米（m）：计算区域宽度，单位为米（m）：W
L——两交会列车头部距商，单位为米（m）：L
区域所
数据交换面
TB/T3503.4—2018
L——列车尾部距离流域端面（车1距离面ABCD或车2距离面EFGH）距高，单位为米（m）。注：上部分为整体示意图，下部分为1局部放大示意图。图3明线交会工况计算区域示意
流域两端面（面ABCD和面EFGH）宜设置为压力出口边界，项面（面BFGC）和侧面（面ABFE、面CDHG）宜设置为壁面边界条件或对称边界条件；地面（面AEHD）和道床设置为壁面边界：包裹列车的区域F和区域F，给定运动边界条件，线路纵向方向按列车运行速度分别给定，垂向、横向方向速度分量为0。列车交会相对速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。5.3隧道单车工况
隧道计算应采用非定常计算，计算的时间步长应满足单个时间步长内列车运行的距离不应超过隧道长度方向的网格长度，以便准确的捕捉压力峰值。宜采用滑移网格技术模拟列车穿越隧道的整个过程。计算区域示意参见图4。
为真实模拟列车通过隧道全过程，列车初始位置L不宜小于50m：车体截面积与隧道进出口计算区域截面积之比应小于0.01高度方向，H不宜小于8倍特征高度；L不宜小于16倍特征高度。对于列车表面，给定运动边界条件（线路纵向方向速度分量等于给定的列车运行速度，垂向、横向速度分量等于O）：与隧道连接的端面（面EFGH）宜设置为壁面边界，流域两侧面（面ABFE和面CDHG）顶面（面BFGC）、人口（面ABCD）宜设置为远场边界，底面（面AEHD）设置为壁面边界；隧道出口流域边界与隧道人口流域设置相同。应考虑空气可压缩性。5
TB/T3503.4—2018
说明：
H—计算区域高度，单位为米（m）：W——计算区域宽度，单位为米（m）：E
Lm—列车头部距离隧道端面（面EFGH）距离，单位为米（m）一列车尾部距离流域端面（面ABCD距离）距离，单位为米（m）。图4单车过隧道工况计算区域示意5.4隧道交会工况
宜采用滑移网格技术模拟列车在隧道内交会的整个过程。其计算区域、边界条件设置与隧道单车工况一致。应考虑空气可压缩性。5.5大风环境下单车工况
宜采用列车静置、给定来流速度的方法模拟有横风情况下的列车明线单车运行：如果需关注列车背风漩涡或分离区域的流场参数，宜采用LES或DES方法。计算区域参见图5。Wu
说明：
H——计算区域高度，单位为米（m）：L—列车头部距离流域端面（面ABCD）距离，单位为米（m）：L
列车尾部距离流域端面（面EFGH）距离，单位为米（m）：W
列车迎风侧距离流域侧面（面ABFE）距离，单位为米（m）：列车背风侧距离流域侧面（面CDHG）距离，单位为米（m）。图5大风环境下单车工况计算区域示意TB/T3503.4—2018
除背风侧外，其他与明线单车工况相同。车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01，高度方向，H不宜小于8倍特征高度：长度方向，上游L不宜小于8倍特征高度，下游L不宜小于16倍特征高度迎风侧流域W，不宜小于8倍特征高度，背风侧流域W，不宜小于16倍特征高度。列车运行速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。入口（面ABCD和面ABFE）宜设置为低端流均匀来流条件：出口（面EFGH、面CDHG）宜设置为恒压或质量守恒边界条件：顶面（面BFGC）宜设置为特征无反射边界条件或壁面边界条件或对称边界条件：地面（面AEHD）和道床设置为与列车运行方向相反、速度大小相等的移动壁面：列车表面为无滑移壁面。如果数值计算是模拟风洞实验的情况，地面设置应按风洞实际情况处理。5.6大风环境下交会工况
宜采用滑移网格技术模拟有横风情况下的列车交会运行。计算区域示意参见图6。HOU
说明：
H——计算区域高度，单位为米（m）；Wu
L——两交会列车头部距离，单位为米（m）：G
L列车尾部距离流域端面（车1距离面ABCD或车2距离面EFGH）距离，单位为米（m）：W——列车迎风侧距离流域侧面（面ABFE）距离，单位为米（m）：W。——列车背风侧距离流域侧面（面CDHG）距离，单位为米（m）。图6大风环境下交会工况计算区域示意计算区域设置参考大风环境单车工况和明线交会工况。车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01：高度方向，H不宜小于8倍特征高度；在开始计算时，L不宜小于50m；L不宜小于16倍特征长度：迎风侧流域W，不宜小于8倍特征高度，背风侧流域W，不宜小于16倍特征高度。人口（面ABCD和面ABFE）宜设置为低流均来流条件：出口（面EFGH、面CDHG）宜设置为恒压或质量守恒边界条件：顶面（面BFGC）宜设置为特征无反射边界条件或壁面边界条件或对称边界条件：地面（面AEHD）和道床设置为无滑移壁面边界：包裹列车的区域F，和区域F，给定运动边界条件，线路纵向方向按列车运行速度分别给定，垂向、横向方向速度分量为0。列车交会相对速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。7
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T3503.4-2018
铁路应用
空气动力学
第4部分：列车空气动力学性能
数值仿真规范
Railway applications-Aerodynamics-Part 4: Requirements for train aerodynamic simulation2018-04-12发布
国家铁路局发布
2018-11-01实施
规范性引用文件
3术语、定义及缩略语
基本要求
不同工况数值仿真要求
.o55-...
TB/T3503.4—2018
TB/T3503《铁路应用
月空气动力学》分为四个部分：一第1部分：符号与单位；
一第2部分：隧道空气动力学效应；第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法；-第4部分：列车空气动力学性能数值仿真规范。本部分为TB/T3503的第4部分
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本标准由中国铁道科学研究院标准计量研究所归口。TB/T3503.4-2018
本标准起草单位：中南大学、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中车长春轨道客车股份有限公司。
本标准主要起草人：田红旗、刘堂红、杨志刚、丁参参、陈大伟、余以正。Ⅲ
1范围
铁路应用空气动力学
TB/T3503.4—2018
第4部分：列车空气动力学性能数值仿真规范TB/T3503的本部分规定了列车空气动力学性能数值仿真的术语、定义及缩略语、基本要求和6类不同工况数值仿真要求。
本部分适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的空气动力学性能数值仿真。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T16638.1—2008
8空气动力学概念、量和符号第1部分：空气动力学常用术语3术语、定义及缩略语
3.1术语和定义
CB/T16638.1一2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
特征高度characteristic height车顶与地面之间的距离，用符号h表示。注：例如当模型位于路堤上时，特征高度为路堤（包括道床和钢轨)高度与列车高度之和。3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
CFD：计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics）CFL condition:CFL条件（Courant-Friedrichs-Lewy condition）DES：分离涡模拟（DetachedEddySimulation）DNS：直接数值模拟（DirectNumerical Simulation）LBM：格子波尔兹曼方法（LatticeBoltzmannMethod）LES：大涡模拟（LargeEddySimulation）RANS：雷诺平均纳维叶-斯托克斯方程（Reynolds-AveragedNavier-Stokes）RSM：雷诺应力模型（ReynoldsStressModel）S-A：一种单方程模型（Spalart-Allmaras）k-：一种两方程模型（k-epsilon）k-w：一种两方程模型（k-omega）4基本要求
4.1概述
列车空气动力学性能数值仿真可分为6类工况：明线单车工况、明线交会工况、隧道单车工况、隧道交会工况、大风环境下单车工况、大风环境下交会工况。1
TB/T3503.4-2018
4.2基准检验
为验证CFD方法的准确性，数值仿真应选择相应典型工况进行试验验证。明线单车工况、大风环境下单车工况的试验数据可来自实车试验、风洞试验或动模型试验：其他工况的试验数据可来自实车试验或动模型试验。基准检验至少从表1中选择一种参数进行对比。表1基准检验对比参数
明线单车
车辆气动力
（风洞、动模型）
车体表面压力
（风洞、动模型、
实车）
明线交会
车体表面压力
隧道单车
车体表面，隧免费标准bzxz.net
道壁面压力变化
隧道交会
车体表面、隧
道壁面压力变化
数值计算结果与试验结果的最大充允许相对误差为±10%。大风环境下单车大风环境下交会车辆气动力
（风洞、动模型）
车体表面压力
（风洞、动模型、
实车）
当采用不同的CFD软件（包括相同软件的升级版）时，基准检验应重新进行。4.3模型要求
车体表面压力
模型既可是全尺寸也可是缩比模型。如果计算结果需与风洞或动模型试验数据对比，计算模型宜与试验一致。为保证几何相似性，列车和线路模型均应以相同的比例缩放。应充分考虑线路特征如路基、轨道、隧道等，构建对应的计算模型。计算隧道工况时（单车过隧道、隧道内交会）列车编组长度对计算结果的影响较大，宜采用实际编组模型计算，否则应考虑编组长度对计算结果的影响；计算明线列车风时列车编组总长度不应小于120m或按实际编组长度：其他工况宜采用至少包含头车、1节中间车和尾车的列车模型。车辆模型应准确模拟真实车辆，模型的简化不应导致不符合实际的流动。光滑曲面上应划分足够细的网格，以避免由于多边形逼近引起的人工流动分离，确保流动相似。车体侧面、车顶和底部应保留其基本外形轮廊特征：受电弓可忽略，如果由于特殊原因需要考虑受电弓，应谨慎处理受电弓区域的雷诺数效应；即使实际车体外形有轻微的不对称（例如地板下区域或车顶区域），也推荐构建对称模型，以利于误差分析。应提供车辆模型的简化说明。线路模型应反映真实线路的特征尺度。4.4计算区域
计算区域选取的依据是应保证计算区域的边界不影响列车周围的气流流动特征。应验证计算区域与计算结果的无关性。
4.5网格划分
网格应足够精细，尤其是在大压力梯度和速度梯度区域，如：边界层、剪切层、大漩涡结构、驻点区、回流区、尾迹区等。
应检验网格无关性，在高梯度区域应局部加密，不同网格的仿真结果流态拓扑应一致，计算结果最大偏差应在3%以内。
典型的近壁面网格建议参见图1。边界层区域，网格增长因子（81/8.）不宜大于1.2，第1层网格的长宽比（W,/8,）不宜大于50；8不宜少于10层网格。无滑移壁面的近壁面单元网格应满足以下基本要求：采用壁面函数的RANS方法模拟时，无量纲壁面距离（*）的典型值为30~150；对于未采用壁面函数的RANS和LES等流模拟，y*约为1。
4.6端流模型
瑞流模型是为了预测端流应力而构建的工程假设模型。这些应力是对流体控制方程的非线性对2
TB/T3503.4—2018
流项进行平均或滤波的结果，对端流流动而言，其附加黏度有时比空气实际黏度大几个数量级。流模型选取的原则是尽可能反映真实的物理现象。通常使用的流模型有：S-A模型、k-ε模型、k-w模型、RSM模型、DES模型、LES模型等，关注尾涡或分离区域的流场参数时，宜采用LES或DES方法。7777777777777777777
说明：
W,——第1层网格长度，单位为毫米（mm）；8—第1层网格宽度，单位为毫米（mm）；8,——第2层网格宽度，单位为毫米（mm）；5—第i层网格宽度，单位为毫米（mm）；一边界层厚度，单位为毫米（mm）。图1近壁面网格
4.7计算方法
大多数方法基于连续介质理论的动量方程（Navier-Stokes方程），但基于气体动力学理论格子玻尔兹曼方法（Lattice-BoltzmannMethod）的方法也同样适用。计算方法应可模拟三维粘性流动。当流动的特征随时间变化不明显时，可使用定常方法。列车通过隧道或隧道内交会计算时均应采用可压模型其他工况计算时，运行速度大于350km/h时应采用可压模型。计算宜采用二阶精度算法。4.8边界条件
具体的边界条件设置根据不同计算工况要求确定，见5.1~5.6。如无特殊要求，CFD数值计算中环境温度为15℃、大气压为1.01325×10°Pa、标准空气密度P。=1.225kg/m。4.9监测点布置
计算时车体表面压力变化监测至少应包含以下典型位置测点：司机室侧窗、车身侧窗、车门、裙板、风挡。隧道壁面压力变化监测至少包含以下典型位置测点：距离隧道口1倍流线型长度位置、1倍列车编组长度位置、1/3隧道长度、1/2隧道长度、横通道、竖井等，且在隧道长度方向上进出口对称布置监测点，双线单洞隧道应左右对称布置测点。4.10计算时间
对列车运动的非定常计算，计算时间应保证模拟列车运动完成后（交会以两列车尾部交会完、过隧道以列车尾部离开隧道）至少再运行50m（全尺寸）；对列车静置的非定常计算，计算的时间至少为流体流过整个车长时间的5倍，以抑制初始条件的数值扰动。时间步长宜满足CFL条件，采用显式方法求解时CFL数应小于1采用隐式方法求解时，CFL数根据反映的实际物理特性选择。
TB/T3503.4-2018
4.11收敏敛准则
对于定常流动，收敛准则为：流场参数的标准化残差值数量级降低到10-，或计算气动力或车身均勺区域表面压力的变化幅度小于3%。对于非定常流动，收敛准则为：流场参数的标准化残差值数量级降低到10-且端流模型参数的标准化残差值数量级降低到10-3；对于明线单车运行或大风环境下单车运行等具有拟周期特性的非定常数值模拟收敛准则：满足残差收敛要求或满足气动力在某一平均值上下做拟周期性脉动。4.12数据插值
非计算工况的气动力系数应利用计算工况的结果内插值获得。应记录插值方法。5不同工况数值仿真要求
5.1明线单车运行工况
宜采用列车静置、给定来流速度的方法模拟列车运行的定常流动特征。计算区域示意参见图2。G
说明：
H——计算区域高度，单位为米（m）；W——计算区域宽度，单位为米（m）：L——列车头部距离流域端面（面ABCD）距离，单位为米（m）；L，——列车尾部距离流域端面（面EFGH)距离，单位为米（m）。图2明线运行工况计算区域示意
车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01；高度方向，H不宜小于8倍特征高度：长度方向，上游L，不宜小于8倍特征高度；下游L不宜小于16倍特征高度，列车编组较长时，应大于1倍列车编组长度。
人口（面ABCD）宜设置为低端流均勾来流条件：出口（面EFGH）宜设置为恒压或质量守恒边界条件：顶面（面BFGC）和侧面（面ABFE、面CDHG）宜设置为壁面或对称边界条件：地面（面AEHD）和道床设置为与列车运行方向相反、速度大小相等的移动壁面：列车表面为无滑移壁面。如果数值计算是模拟风洞实验的情况，地面设置应按风洞实际情况处理。列车运行速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。
5.2明线交会工况
宜采用滑移网格技术模拟列车交会过程的瞬态流动特征。计算区域示意参见图3。车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01：高度方向H不宜小于8倍特征高度：在开始计算时，两车间距L，不宜小于50m，保证两列车初始彼此的运动不影响对方流场：L不宜小于16倍特征高度。
说明：
区域F
H——计算区域高度，单位为米（m）：计算区域宽度，单位为米（m）：W
L——两交会列车头部距商，单位为米（m）：L
区域所
数据交换面
TB/T3503.4—2018
L——列车尾部距离流域端面（车1距离面ABCD或车2距离面EFGH）距高，单位为米（m）。注：上部分为整体示意图，下部分为1局部放大示意图。图3明线交会工况计算区域示意
流域两端面（面ABCD和面EFGH）宜设置为压力出口边界，项面（面BFGC）和侧面（面ABFE、面CDHG）宜设置为壁面边界条件或对称边界条件；地面（面AEHD）和道床设置为壁面边界：包裹列车的区域F和区域F，给定运动边界条件，线路纵向方向按列车运行速度分别给定，垂向、横向方向速度分量为0。列车交会相对速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。5.3隧道单车工况
隧道计算应采用非定常计算，计算的时间步长应满足单个时间步长内列车运行的距离不应超过隧道长度方向的网格长度，以便准确的捕捉压力峰值。宜采用滑移网格技术模拟列车穿越隧道的整个过程。计算区域示意参见图4。
为真实模拟列车通过隧道全过程，列车初始位置L不宜小于50m：车体截面积与隧道进出口计算区域截面积之比应小于0.01高度方向，H不宜小于8倍特征高度；L不宜小于16倍特征高度。对于列车表面，给定运动边界条件（线路纵向方向速度分量等于给定的列车运行速度，垂向、横向速度分量等于O）：与隧道连接的端面（面EFGH）宜设置为壁面边界，流域两侧面（面ABFE和面CDHG）顶面（面BFGC）、人口（面ABCD）宜设置为远场边界，底面（面AEHD）设置为壁面边界；隧道出口流域边界与隧道人口流域设置相同。应考虑空气可压缩性。5
TB/T3503.4—2018
说明：
H—计算区域高度，单位为米（m）：W——计算区域宽度，单位为米（m）：E
Lm—列车头部距离隧道端面（面EFGH）距离，单位为米（m）一列车尾部距离流域端面（面ABCD距离）距离，单位为米（m）。图4单车过隧道工况计算区域示意5.4隧道交会工况
宜采用滑移网格技术模拟列车在隧道内交会的整个过程。其计算区域、边界条件设置与隧道单车工况一致。应考虑空气可压缩性。5.5大风环境下单车工况
宜采用列车静置、给定来流速度的方法模拟有横风情况下的列车明线单车运行：如果需关注列车背风漩涡或分离区域的流场参数，宜采用LES或DES方法。计算区域参见图5。Wu
说明：
H——计算区域高度，单位为米（m）：L—列车头部距离流域端面（面ABCD）距离，单位为米（m）：L
列车尾部距离流域端面（面EFGH）距离，单位为米（m）：W
列车迎风侧距离流域侧面（面ABFE）距离，单位为米（m）：列车背风侧距离流域侧面（面CDHG）距离，单位为米（m）。图5大风环境下单车工况计算区域示意TB/T3503.4—2018
除背风侧外，其他与明线单车工况相同。车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01，高度方向，H不宜小于8倍特征高度：长度方向，上游L不宜小于8倍特征高度，下游L不宜小于16倍特征高度迎风侧流域W，不宜小于8倍特征高度，背风侧流域W，不宜小于16倍特征高度。列车运行速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。入口（面ABCD和面ABFE）宜设置为低端流均匀来流条件：出口（面EFGH、面CDHG）宜设置为恒压或质量守恒边界条件：顶面（面BFGC）宜设置为特征无反射边界条件或壁面边界条件或对称边界条件：地面（面AEHD）和道床设置为与列车运行方向相反、速度大小相等的移动壁面：列车表面为无滑移壁面。如果数值计算是模拟风洞实验的情况，地面设置应按风洞实际情况处理。5.6大风环境下交会工况
宜采用滑移网格技术模拟有横风情况下的列车交会运行。计算区域示意参见图6。HOU
说明：
H——计算区域高度，单位为米（m）；Wu
L——两交会列车头部距离，单位为米（m）：G
L列车尾部距离流域端面（车1距离面ABCD或车2距离面EFGH）距离，单位为米（m）：W——列车迎风侧距离流域侧面（面ABFE）距离，单位为米（m）：W。——列车背风侧距离流域侧面（面CDHG）距离，单位为米（m）。图6大风环境下交会工况计算区域示意计算区域设置参考大风环境单车工况和明线交会工况。车体截面积与计算区域截面积之比应小于0.01：高度方向，H不宜小于8倍特征高度；在开始计算时，L不宜小于50m；L不宜小于16倍特征长度：迎风侧流域W，不宜小于8倍特征高度，背风侧流域W，不宜小于16倍特征高度。人口（面ABCD和面ABFE）宜设置为低流均来流条件：出口（面EFGH、面CDHG）宜设置为恒压或质量守恒边界条件：顶面（面BFGC）宜设置为特征无反射边界条件或壁面边界条件或对称边界条件：地面（面AEHD）和道床设置为无滑移壁面边界：包裹列车的区域F，和区域F，给定运动边界条件，线路纵向方向按列车运行速度分别给定，垂向、横向方向速度分量为0。列车交会相对速度超过350km/h时应考虑空气可压缩性。7
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。