高速列車氣動外形優化設計是軌道車輛節能降耗和運行品質提升的重要研究方向之一，也是目前交通行業的研究熱點。我國國土面積大，覆蓋高溫、高濕、高海拔等多種地理環境條件，高速列車運行時面臨著更為復雜的氣動效應問題，這就需要從減阻、氣壓波、結構疲勞等多個方面去提升高速列車的設計水平和運行品質。本書從高速列車氣動外形設計原理、氣動外形系統減阻優化、新頭型多學科優化設計、表面改形減阻技術、風洞試驗技術、動模型試驗技術、典型線路氣動載荷等方面，闡述高速列車新頭型設計及綜合氣動效應研究內容，全面、系統地概述了新頭型及氣動外形設計流程、高速列車綜合氣動效應相關的理論以及相應的分析方法。本書總結了高速列車氣動外形優化設計領域中的理論研究、計算機仿真分析、多學科優化設計和實車試驗驗證方面的部分研究成果，還介紹了近年來國內外關注度較高的表面改形減阻技術等。本書建立了從理論基礎到工程設計方法，再到*終工程設計的設計理念，便于讀者輕松掌握高速列車新頭型設計及系統減阻技術問題的研究方法。本書可以作為相關科研院所研究人員、高校師生等學習高速列車空氣動力學的入門教程或參考書，也可以作為學習高速列車新頭型設計及綜合氣動效應相關技術的入門教程或參考書。
高速列車氣動外形優化設計是軌道車輛節能降耗和運行品質提升的重要研究方向之一，也是目前交通行業的研究熱點。我國國土面積大，覆蓋高溫、高濕、高海拔等多種地理環境條件，高速列車運行時面臨著更為復雜的氣動效應問題，這就需要從減阻、氣壓波、結構疲勞等多個方面提升高速列車設計水平和運行品質。本書內容主要依托于高速列車綜合節能關鍵技術與集成應用示范（“十二五”科技支撐項目）、基于“重量-阻力-動力”多目標均衡的綜合節能技術研究（“十三五”先進軌道交通專項）、動車組客室氣密性能變化規律研究（鐵路總公司重大課題）、不同速度等級下隧道氣動載荷譜以及車線隧空氣動力學合理匹配關系（鐵路總公司重大課題）和國家自然科學基金（51605397）、四川省科技計劃(2019YJ0227)等科技研究項目。本書從高速列車氣動外形設計原理、氣動外形系統減阻優化、新頭型多學科優化設計、表面改形減阻技術、風洞試驗技術、典型線路氣動載荷六個方面，闡述了高速列車新頭型設計及綜合氣動效應研究內容，全面、系統地概述了新頭型及氣動外形設計流程、高速列車綜合氣動效應相關理論以及相應的分析方法。本書總結了高速列車氣動外形優化設計領域中的理論研究、計算機仿真分析、多學科優化設計和實車試驗驗證方面的部分研究成果，還介紹了近年來國內外關注度較高的表面改形減阻技術等。本書建立了從理論基礎到工程設計方法，再到最終工程設計的設計理念，便于讀者輕松掌握高速列車新頭型設計及系統減阻技術問題的研究方法。本書可以作為相關科研院所研究人員、高校師生等學習高速列車空氣動力學的入門教程或參考書。本書全面介紹了高速列車氣動外形優化設計相關的基礎知識、軟件操作方法和仿真試驗應用實例。全書共7章，第1章主要介紹列車空氣動力學基本理論，第2章主要介紹基于FLUENT和STARCCM+的列車空氣動力學數值仿真技術，第3章主要介紹列車氣動外形減阻設計，第4章主要介紹列車頭型多學科優化設計，第5章主要介紹表面改形減阻技術，第6章主要介紹風洞試驗驗證技術，第7章主要介紹實車試驗驗證技術。本書主要由李明、李田、劉斌、司志強等編寫，參與編寫的還有孔繁冰、于淼、邵蓉、辛利平、解雪林、李臘、何玉平、余婷、楊素君、何智慧、王艷、張勇義、唐晨、魏紅蘋、萬興、蒲志琴、文生玲等。感謝梁習鋒、楊國偉、張繼業、郭迪龍、梅元貴、陳寶、張俊龍等人在本書編寫中給予的指導和幫助。由于編者水平有限，書中難免有不妥、疏漏之處，歡迎廣大讀者對本書提出批評和建議，以便做進一步修改和補充。
前言
第1章列車空氣動力學基本理論
1.1流體力學基本概念
1.2計算流體力學基本概念
1.2.1CFD計算流程
1.2.2離散化
1.2.3流體力學的研究方法
1.3流體運動及換熱基本控制方程
1.4湍流模型
1.5近壁面模型
1.6CFD求解計算的方法
1.6.1耦合求解法
1.6.2分離求解法
1.6.3SIMPLE算法
1.7網格簡介
1.7.1結構化網格
1.7.2非結構化網格
1.7.3混合網格
1.8小結
參考文獻
第2章列車空氣動力學數值仿真技術
2.1基于ICEM和FLUENT的求解方法
2.1.1建立計算模型
2.1.2網格生成
2.1.3求解
2.1.4CFDPOST后處理
2.1.5列車明線氣動特性
2.2基于STARCCM+的求解方法
2.2.1建立計算模型
2.2.2表面準備
2.2.3面網格
2.2.4生成體網格
2.2.5求解
2.2.6后處理
2.3湍流模型對列車氣動性能的影響
2.3.1幾何模型
2.3.2計算網格獨立性檢驗
2.3.3湍流模型
2.3.4離散格式及湍流模型對計算結果的影響
2.3.5列車氣動特性
2.3.6本節小結
2.4小結
參考文獻
第3章列車氣動外形減阻設計
3.1動車組新頭型優選
3.1.1動車組氣動計算模型
3.1.2流場計算結果分析
3.2列車頭部細長比
3.2.1計算模型
3.2.2基本氣動力對比
3.3列車頭部剖面控制線
3.3.1列車模型
3.3.2列車頭部控制線形狀與基本氣動性能
3.4轉向架區域裙板優化
3.4.1裙板延伸優化模型
3.4.2裙板延伸優化模型氣動力
3.4.3壓力分布
3.5轉向架區域隔墻優化
3.5.1傾斜隔墻優化模型
3.5.2氣動性能
3.5.3壓力分布
3.6小結
第4章列車頭型多學科優化設計
4.1多學科優化設計流程
4.1.1參數化幾何模型建立
4.1.2優化設計變量選取及CATIA腳本程序修改
4.1.3氣動力優化設計流程搭建
4.2頭型關鍵結構參數對氣動性能的影響及權重分析
4.2.1設計參數與氣動力相關性分析
4.2.2優化設計變量對氣動力的影響
4.3小結
參考文獻
第5章表面改形減阻技術
5.1表面改形減阻方案
5.1.1非光滑凹坑結構
5.1.2非光滑凹槽/肋條結構
5.2減阻效果對比評估
5.2.1計算模型
5.2.2計算工況和條件
5.2.3不同形式非光滑結構對比分析
5.3單區域表面改形減阻評估
5.3.1轉向架區域
5.3.2風擋區域
5.4多區域表面改形減阻評估
5.5八編組氣動減阻效果評估
5.6影響機理分析
5.6.1剪切應力
5.6.2湍流黏度
5.6.3渦量
5.6.4局部對比
5.6.5小結
參考文獻
第6章風洞試驗驗證技術
6.1氣動力風洞試驗
6.1.1列車氣動特性的風洞試驗系統
6.1.2試驗設備和模型
6.1.3數據處理
6.1.4試驗結果
6.1.5小結
6.2氣動噪聲風洞試驗
6.2.1試驗設備與模型
6.2.2試驗內容與方法
6.2.3試驗數據處理
6.2.4試驗結果及分析
6.2.5小結
6.3動模型試驗
6.3.1試驗平臺原理
6.3.2動模型平臺測試系統
6.3.3試驗模型及測點分布
6.3.4動車組通過隧道壓力測量
6.3.5列車通過隧道時氣動載荷變化規律
6.3.6小結
參考文獻
第7章實車試驗驗證技術
7.1實車試驗與評估方法
7.1.1測試系統
7.1.2測點布置
7.1.3試驗實施與完成情況
7.2典型線路氣動載荷譜
7.2.1試驗概況
7.2.2秦嶺隧道群內大氣數據測試
7.2.3秦嶺隧道群司機室側窗玻璃氣動載荷
7.2.4小結
參考文獻
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