2.3　分析模型

2.3.1　基本假設

（1）高速列車運行時周圍流場雷諾數Re>106，流場為紊流狀態。由于所研究的是宏觀流場參數（壓力），計算分析采用雷諾時均方程求解，由k-ε兩方程紊流模型來模擬其紊態流場。

（2）兩高速列車相對運行時，相對速度大于400km/h，其誘導氣流的速度也有可能超過0.3倍當地音速。因此，流場計算按可壓縮流體處理。

（3）忽略受電弓、轉向架、雨刮器等不太光滑的局部突起，簡化列車為基本光滑的流線型車體。軌道也以一定表面粗糙度的平面代替。這樣的簡化對列車下方局部流場會有一定的影響，但對我們關心的側壁上氣體壓力（波動）值的影響極其微小。

（4）列車外部空氣流場為黏性、可壓縮、紊流流動狀態的瞬態流動過程，描述這一流場的控制微分方程采用連續性方程、動量方程和能量方程。方程組的數值求解采用有限體積算法。考慮移動網格計算時關于速度分量uj的控制容積積分方程為：

式中，ug為j坐標方向網格移動速度；ΔV為控制容積體積；A為控制容積表面積；p為氣體壓力。

網格移動時應使其滿足網格守恒律，控制容積的時間變化率的計算公式為：

式中，f為控制容積表面數；Aj為控制容積j方向表面的法向矢量。

2.3.2　幾何模型

計算模型幾何形狀以CRH3型高速列車尺寸建立，車寬3.257m，頭尾部外形尺寸與CRH3型車（圖2-5）外形尺寸基本一致。為不失一般性并保證計算精度，建立了兩列各75m長的相同列車模型。數值計算中利用移動網格技術實現兩列車的相向運動，兩列車的運動速度可分別任意設定。由于計算過程為動態仿真，流場計算區域被分成三塊劃分計算網格，列車及其周圍流場設定為移動網格區域，可分別以規定的速度移動；地面附近為固定網格區域，計算中網格不動。各區域間用平面交界面分割。車體表面與路面網格示意如圖2-6所示（為表示清楚，圖2-6中為比較粗糙的網格，實際計算比圖中網格略密）。

2.3.3　計算工況

兩列車交會，通常稱其中一列車為通過列車，另一列車（通常在其上測量流場參數）為觀測列車。仿真計算時可分別設定兩列車以相同或不同的車速運行。計算分三步進行：

（1）設定兩種線間距，4.457m（側壁間距1.2m）和5.0m（側壁間距1.743m），通過列車和觀測列車的車速分別設定為0km/h、200km/h、250km/h、300km/h、350km/h、400km/h，組合起來每種線間距36個會車工況。為研究極端速度下的會車，另外計算了通過列車和觀測列車速度分別為100km/h和500km/h的會車情況。

（2）設定另外4種線間距，4.257m，4.657m，4.857m和5.257m，每種線間距計算7種交會速度組合：通過列車速度/觀測列車速度分別為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）線間距5.0m情況下4種極端速度會車：600km/h/100km/h、100km/h/600km/h、500km/h/600km/h、600km/h/500km/h。