随着列车运行速度的提高,许多在低速时不明显的空气动力学效应开始显现出来,除了空气阻力急剧增大外,还出现诸如较强的隧道压缩波、列车交会压力波、气动噪声等,这些现象成为影响高速列车性能的重要因素。同时,高速列车运行时的安全性、舒适性、低能耗以及对周围环境的影响都和高速列车的空气动力学特性息息相关。针对高速列车空气动力学现象的计算研究,可以有效分析这些现象对列车运行及周围环境的影响,并从空气动力学角度提出改善措施,还可以对列车及配套设施的强度设计提供指导和帮助。　　 本文采用计算流体力学的方法,以列车空气动力学为中心,以列车运行特有的空气动力学现象为主要研究对象,重点在以下五个方面开展了研究:　　 准确预测高速列车气动力是列车空气动力学研究中的一个重点和难点。列车运行时必然存在流动转捩现象,而转捩的存在严重影响了列车的受力分布,故在气动力计算时考虑转捩的影响具有非常现实的意义。本文将转捩的概念引入高速列车气动力的研究中,采用转捩模式对高速列车的明线运行气动特性进行了详细分析,包括列车外部绕流的流场特性和具体的列车受力分析。考虑转捩影响的高速列车气动力计算研究难度很大,对网格精度和计算机性能要求很高,因而在一般研究中很少有学者涉猎这个领域。本文在此进行了初步尝试,并对计算经验进行了总结,对后续研究有较大的启发作用。　　 本文针对高速列车的外形气动力设计提出了一套完全基于优化算法的优化策略,可以从非常复杂的设计空间中寻找到最佳头型,同时在该优化设计中使用了直接网格变形技术,因而又具有较高的求解速度和精度。传统的高速列车外形设计方法局限于工程经验,多采用从预先设计的头型中寻找最佳头型的方法,这类方法在实现时没有考虑到各个优化变量的非线性关系,通常也不能寻找到优化空间中的最优解。因而本文方法具有无可比拟的优越性。　　 为了研究高速列车的等速交会问题,本文提出了一类基于旋转对称性的半场计算区域快速求解方法。传统研究多采用动网格技术在全场求解,计算量很大,同时动网格的使用也带来计算精度上的缺失。本文方法主要基于等速交会时流场的旋转对称性,通过边界条件的实时更新即可完成会车的计算。该方法思路清晰,易于拓展,可以用于高速列车等速会车的研究中去。　　 研究了列车通过隧道时的空气动力学效应。首先重点研究了捷运列车通过隧道时压力波对隧道内壁的作用,分析了不同部位承受的压力波强度,为工程中灯盏等配件的强度设计提供数据依据。其次研究了CRH3型高速列车通过隧道时的空气动力学特性,重点研究了流场的不对称性和列车承受的横向力,同明线运行时的横向力进行了比较分析,探讨了隧道内列车运行时的安全性。　　 本文对高速列车的气动噪声特性进行了详细分析。铁路噪声对环境的影响始终是高速铁路发展中的一个重大议题,气动噪声则是高速下列车运行时的一个主要声源,对高速列车气动噪声的预测和噪声源的特性分析可以帮忙有效改善列车室内旅客和周围环境居民的舒适度,具有非常现实的意义。本文以CRH3型高速列车为例,研究了该型列车在300km/h下的流场特性和声源特性,同时也就其远场噪声特性进行了分析,对CRH3型车的整体噪声水平进行了评估。比较研究了不同车速下的噪声声压级,并给出了针对CRH3型高速列车的降噪建议。　　 本文研究工作密切联系当前高速列车实际发展的需要,研究成果可以推进高速列车的研发,具有比较现实的应用价值。