中文摘要：

研究高速列车隧道内运行时的车外非定常流动特性，对分析非定常空气动力引起车体横向振动恶化乘坐舒适性问题有理论指导作用和实用价值。本课题基于高性能计算平台，采用三维可压缩非定常湍流大涡模拟方法，研究单列车通过隧道和隧道内两列车交会时的非周期性非定常流动特性，揭示车外旋涡起源、发展与脱落规律，探明压缩波与膨胀波对流场结构、连续压力波动和非定常空气动力影响特性，期望克服目前采用周期性不可压缩非定常流动模型中的不足，从而提高数值计算的精度。通过对列车外形、列车速度、阻塞比、隧道断面形状、隧道侧车体侧墙与隧道壁之间间距等参数的影响研究，给出车外非定常流动特性、连续压力波动和非定常空气动力等变化规律，探索减缓非定常流动导致车体横向振动的列车车头与底部形状的关键参数的影响特性。

结论摘要：

研究高速列车隧道内运行时的车外非定常流动特性，对分析非定常空气动力引起车体横向振动恶化乘坐舒适性问题有理论指导作用和实用价值。本课题研究单列车通过隧道和隧道内两列车交会时的非周期性非定常流动特性。基于我国高速列车和隧道条件，采用一维流动模型特征线方法，研究单车过隧道和隧道内交会两种基本情形下的压力波特性，得出了隧道压力波波叠加法，构造了“解析”计算压力波的定量分析方法，为判断三维流动模型模拟计算结果提供了定量判断方法。 为建立经济合理的高速列车通过隧道问题的数值求解方法，以国外公认较准确的试验数据，从网格划分方法、网格分辨率、边界条件、求解计算方法、湍流模型适用性研究以及动网格技术等六个方面检验和验证数值方法的合理性、经济性和正确性，并探索了高速列车外部绕流大涡模拟的实施方法。在此基础上，研究了单车过隧道过程中基于时间统计平均的列车侧面压力变化规律，发现列车过隧道时侧向力变化明显，存在将列车往隧道壁面一侧挤压的趋势；气动阻力与隧道内传播的压缩波与膨胀波之间有很强的耦合作用。高速列车隧道内交会时，列车车体上不同位置的压力变化呈现出一致的变化趋势；列车同一断面位置隧道中心侧和隧道壁面侧压力差别不大。高速列车速度增加时，上述现象更为明显。 本课题还研究了车厢连接处（风挡）对单车通过隧道以及隧道内交会的气动性能的影响，结果表明风挡对车体表面压力的影响较小，但对列车中间车和尾车的气动阻力和俯仰力矩影响较大。不同头型的影响研究表明，曲线尾部流线型较好的高速列车尾部的流动较为平滑，未见明显的分离流动，尾涡区的涡旋流动范围小且更贴近地面，因此不会受到频率较高的瞬变气动力，而尾部流线型不好的高速列车，较易出现沿着车长发展的横向摆动问题。 目前，高速列车过隧道引起空气动力学的大涡模拟还没有见到国内外的公开报道。课题研究了旋成体列车模型过隧道的大涡模拟，表明大涡模拟能够捕捉到高速列车过隧道时列车近壁区的湍流拟序结构，但网格规模巨大，计算代价高昂结果。 在考虑转向架等部件的研究中，因其结构复杂，网格划分和控制网格耦合质量的难度较大，加之涉及到动网格的大涡模拟网格规模大、对计算设备要求高，因此可望在正确理解软件中大涡模拟方法后，利用新购置的计算设备进行较真实外形列车过隧道的大涡模拟研究，获得计划中的主要研究结果。