高速列車仿生表面微結構氣動最佳化設計及機理研究

《高速列車仿生表面微結構氣動最佳化設計及機理研究》是依託西南交通大學，由李田擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速列車仿生表面微結構氣動最佳化設計及機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李田
• 依託單位：西南交通大學

項目摘要

目前國內外高速列車的外形設計均採用光滑外表面，仿生學中的生物表面微結構能夠為高速列車外形設計及氣動最佳化開拓新思路。以前關於表面微結構的研究側重於減阻，而套用於高速列車時需要同時考慮減阻降噪和可能影響列車運行安全的氣動力等多個目標。本項目旨在開展高速列車表面微結構氣動最佳化設計及機理研究。首先，根據仿生學和分形幾何學提取仿生表面微結構單元體的形態特徵參數；其次，建立以減阻降噪和高運行安全指標等為最佳化目標的高速列車仿生表面微結構的多目標最佳化設計模型，得到高速列車仿生表面微結構的最佳化布置方案；最後，研究高速列車仿生表面微結構氣動最佳化的機理，分析近壁面湍流的擬序結構規律。項目的完成將建立高速列車仿生表面微結構的多目標氣動最佳化設計方法，提出合理的布置方案，為高速列車氣動最佳化提供理論基礎、分析工具和設計依據。高速列車仿生表面微結構氣動最佳化設計及機理研究具有重要的學術意義和廣闊的套用前景。

結題摘要

目前國內外高速列車的外形設計均採用光滑外表面，仿生學中的生物表面微結構能夠為高速列車外形設計及氣動最佳化開拓新思路。本項目開展高速列車表面微結構氣動最佳化設計及機理研究。首先，調研了自然界的表面微結構類型，並提出了表面微結構擴展類型；其次，通過對比數值模擬與風洞試驗，得到列車空氣動力學數值模擬的基本準則。二階離散格式和低Re數SST k-w湍流模型、合理的格線可以較為準確的模擬列車氣動特性，基於SST的DES模型能夠更加準確的獲得列車瞬態氣動信息；然後，搭建了列車表面微結構最佳化設計平台，以仿生表面微結構單元體的形態特徵參數為最佳化變數，得到了高速列車表面微結構的合理減阻方案；最後，根據數值模擬和最佳化計算結果，揭示了高速列車近壁面的流場及壓力分布規律，闡述表面微結構氣動減阻最佳化的機理。截止目前，直接相關研究成果已發表標註基金資助的SCI檢索論文11篇、EI檢索論文11篇、核心期刊論文2篇；培養博士研究生2人和碩士研究生2人；累計13人次參加國內外學術會議；參與制定鐵路行業空氣動力學標準2項；申請發明專利2項。項目完成提出的高速列車仿生表面微結構氣動最佳化設計方法和得到的表面微結構減阻布置方案，為高速列車氣動最佳化提供理論基礎、分析工具和設計依據。