与列车相关的流动现象绝大多数是湍流流动。因此,在讨论列车周围空气流场的数值模拟时,自然也离不开如何模拟湍流现象的问题。特别对于很多复杂的列车周围空气流场,如附面层分离、尾流等带有明显的分离特点的流动,除了要求高精度的计算方法和更合适的网格外,最为重要和关键的问题是采用何种湍流模型进行适当的模拟。湍流流动是自然界常见的流动现象,是一种高度非线性的复杂流动,但人们已经能够通过某些数值方法对湍流进行模拟,取得与实际比较吻合的结果。对于湍流运动,己经采用的数值计算方法主要可以分为三类:直接数值模拟、大涡模拟和雷诺时均方程法。本论文选用目前应用广泛、求解精度高的计算流体力学软件STAR-CCM+,每一个研究对象都采用不同的网格和湍流模型计算。每种情况下都要与可能的解析计算结果或公开发表的实验结果、数值模拟结果对比。主要研究内容与结论如下:(1)当圆柱绕过空气流动时,存在摩擦力和正压力梯度,导致圆柱表面边界层脱落,形成涡流,在后方产生压力下降,压力分布变得不同,从而产生正面阻力。当圆柱绕过空气流动时,存在摩擦力和正压力梯度,导致圆柱表面边界层脱落,形成涡流,在后方产生压力下降,压力分布变得不同,从而产生正面阻力。研究不同湍流模型下,二维圆柱速度和压力分布特征、空气阻力,分析求解耗时的差异。(2)研究得到不同湍流模型下,三维矩形通道速度和压力分布特征、空气阻力、尾涡形态。另外,多面体网格能够比其它两种网格类型以更少的网格单元数和更短的运行时间产生高质量的结果。障碍板绕流情况下,六面体、四面体、多面体网格的数值结果总体上与试验数据吻合较好,但在接近地面时,三种网格的计算结果与试验结果差异较大,其中四面体网格误差最大,基本没有体现出背流侧回流区特征,六面体网格居中,多面体网格误差最小。此外,相同网格不同湍流模型的对比说明,DES、LES能够揭示湍流的非定常特性。(3)RANS方法的计算结果基本与URANS方法的计算结果一致,主要由于这两种方法的理论思想基本一致,只给出整个流场的平均信息,URANS方法单个时间步长内的计算从本质上来说与RANS方法并无区别。此外,ICE2计算模型的来流速度太小,使得整个流场的压力和速度也很小,使得这两种方法计算结果的差更小。(4)不同网格类型下,就ICE2高速列车周围流场的速度和压力分布特征、空气阻力系数、侧向力系数、升力系数而言,与RANS方法及URANS方法相比,DES和LES方法给出了更加丰富的流动信息,尤其是LES,可对于大的分离流动以及列车壁面附近涡旋结构的揭示更加清楚。