高速列车穿越隧道的二维非定常流数值模拟

给出了高速列车穿越隧道压力波的二维粘性流场数值模拟过程,控制方程为二维粘性、可压缩、不等熵、非定常流的Navier Stokes方程,空间离散采用了中心有限体积法格式,时间采用预处理二阶精度步后差分格式进行离散,对隧道壁面采用壁面函数处理,计算结果与国外的实验结果进行比较,二者基本一致。     

不同车高时速400公里高速列车对隧道初始压缩波的影响特征

高速列车驶入隧道时产生初始压缩波并向隧道出口方向辐射形成压力脉冲波,影响居民的身心健康,带来了严重的环境问题。文章以国内时速400公里的高速列车为研究对象,基于CFD（计算流体动力学）软件搭建三维数值模拟计算模型,研究高速列车驶入隧道时产生初始压缩波最大压力梯度值的时空演变过程,并分析比较不同车高和在隧道洞口增加缓冲结构对隧道初始压缩波的影响。模拟计算结果显示：车高越高,高速列车驶入隧道时产生的初始压缩波压力峰值越大,对应的最大压力梯度值也越大;隧道洞口设置缓冲结构时,不同车高对初始压缩波最大压力梯度值的影响规律与无缓冲结构情况下基本保持一致,但最大压力梯度值大幅下降。     

高速列车通过隧道时压力变化的数值模拟

采用三维粘性、不等熵、可压缩、非定常流的Navier Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对高速列车通过隧道时所引起的压力变化进行模拟。在模拟中同时考虑了列车速度、阻塞比、列车形状对隧道内压力的历时变化的影响,并将模拟结果与木川田一弥、森井宣的水槽实验结果和英国patchway隧道现场量测结果进行了比较,三者基本相吻合。实验及计算结果表明,隧道内产生的最大压力和列车速度、阻塞比等相关。     

道碴对高速铁路隧道压缩波传播影响的探讨

当列车进入高速铁路隧道时,在列车车头前形成压缩波,压缩波在隧道出口处部分向外释放出一种脉冲压力波,这种脉冲压力波的大小取决于到达隧道出口的压缩波的波前形状。文章研究了道碴效应对压缩波传播过程中的减缓效果,建立了道碴轨道隧道内压缩波传播的基本方程,并与国外的现场实测结果进行比较,能较好的吻合,为工程实际应用提供了有益的参考。     

重联动车组通过隧道时气动性能研究

为研究重联动车组通过隧道时重联区域对列车气动性能的影响,采用三维、可压和非定常N-S方程的数值计算方法,对重联动车组通过隧道时压缩波与膨胀波的传播特性,列车表面压力和隧道壁面压力变化特性进行研究。研究结果表明:数值计算与动模型试验相比,压力变化曲线吻合较好,幅值偏差不超过7%,重联区域前段流线型头部进入隧道,产生膨胀波,重联区域后段流线型头部进入隧道,产生压缩波,由于重联区域产生的膨胀波和压缩波之间的时间间隔短,导致膨胀效应和压缩效应相互抵消,车体表面和隧道壁面压力变化不显著,当重联区域经过隧道壁面测点时,重联区域车体表面压力变化影响隧道壁面压力变化,使隧道壁面测点压力产生先升后降的波动。     

高速铁路复线隧道内压力波特性的数值模拟研究

采用有限体积方法和任意滑移界面动网格技术的CFD方法,对我国高速列车和复线隧道条件下的压力波基本特性进行数值模拟研究。为避免数值计算产生不合理的物理现象,应用光滑启动技术。在验证本文数值方法正确性的基础上,采用三维非定常可压缩湍流流动模型方法,研究高速列车驶入单洞复线隧道时的压力波基本特征,揭示隧道内压力波的形成过程,得到不同断面上不同测点的压力变化及分布规律;研究结果表明:在初始压缩波三维效应的影响下,近隧道入口断面不同测点压力差异较大,且随着列车速度的增加,正压最大值也越大;在距离出口较近的断面上,当列车速度增加到一定范围,正压最大值反而减小;隧道衬砌上的正压最大值多出现在距离隧道入口较近处,而负压最大值则出现在隧道的中央断面上。     

都市快轨列车穿越矩形隧道时的气动特性研究

建立了都市快轨列车穿越矩形隧道的三维计算模型,应用不连续网格和动网格来模拟快轨列车穿越隧道的动态过程.采用三维、不可压缩、非定常的N-S方程考虑移动的快轨列车与固定的隧道之间的相对运动.在100 km/h、130 km/h和160 km/h 3种速度工况下,计算研究了列车从进入隧道直至完全驶出隧道的气动阻力变化规律和车体表面压力变化规律.计算结果表明,随着运行速度的增大,列车的气动阻力及车体表面压力变化幅值均增大.     

基于无限大障板圆形活塞辐射原理的隧道微压波计算方法

高速列车驶入隧道端口瞬间在车头前形成压缩波。该压缩波沿隧道以声速向出口端处传播,并在洞外形成微压波。本文根据声学中无限大障板圆形活塞的辐射模型,开发了已知隧道出口端内压缩波压力梯度和大小时的微压波计算程序,并采用国外试验结果验证了程序的正确性。结合拟议的我国高速铁路隧道特征,初步分析了洞口微压波的主要影响因素,显示列车速度、隧道断面面积影响较大。微压波的大小与观测点有很大关系,这对于判断微压波的强弱、危害及其标准研究有很大关系。结果分析也说明所建程序的合理性与简便性,是一种适合工程设计方案比选的方法。     

高速列车隧道压力波浅水槽模拟试验研究

当高速列车进入隧道时,在列车前端的隧道空间引起空气的不稳定流动并形成压力波,压力波的形成可以通过自由表面水波运动的水波高度与可压缩流体运动压力的相似关系来模拟。本文介绍了自建的浅水槽模拟试验装置,并利用该装置研究了高速列车进入隧道时引起的压力波动。实验结果表明,压力波浅水槽模拟试验方法及其试验台的研制是成功的,测试结果可以用来校核复杂结构隧道压力波的数值计算。     

基于FlUent二次开发研究高速列车通过隧道时的瞬变压力

研究目的:针对采用通用CFD软件Fluent进行高速列车隧道空气动力学效应数值模拟中存在的问题,对 以Fluent为平台、利用VC 语言进行二次开发的一些关键性技术进行了研究。 研究方法:本文采用三维粘性、小等熵、可压缩、非定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离 散,对高速列车通过隧道时隧道内和列车内外瞬变压力的变化进行了三维数值模拟。 研究结果:将隧道内瞬变压力的波动情况与列车的运行情况相结合,对此过程进行了详细的描述和解释。 研究结论:计算过程中,Fluent的命令流能灵活地实现CFD分析中的众多相关功能,为工程设计和研究提 供了有力的开发平台和分析工具。Fluent不仅具有完备的系统开放性,还可利用C语言编制自己的程序模块来 丰富其功能,在工程上有着非常广阔的应用前景。     

高速铁路隧道压力波动主要影响参数研究

利用所研制的预测列车进入隧道时引起的列车和隧道环状空间的压力波动软件,计算了流线型列车及隧道主要参数对环状空间3s内最大压力变化的影响。结果显示所有影响因素中,速度和阻塞比对压力变化的影响最大。得出单线隧道单列列车通过时,在速度不大于250km·h-1,3s内最大压力变化与列车速度的平方成正比,但速度超过250km·h-1时,压力对速度的依赖关系有所缓和。分析认为在3s内最大压力变化随阻塞比非线性地变化。研究表明列车长度对头部压力变化的影响较小,但对尾部压力变化有明显影响;隧道内会车压力波在3s内变化量随会车位置不同有明显区别,两列车在隧道长三分之一处交会最为不利。     

高速磁浮单线隧道车体压力载荷特征

高速磁浮列车通过隧道过程中将引起剧烈的压力波动,造成司乘人员耳感舒适性、车体及其零部件、隧道衬砌及辅助设施的气动疲劳寿命问题,有必要对磁浮列车高速通过隧道时压力波效应进行研究。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法对单列车通过隧道时车体压力载荷进行数值模拟研究,初步揭示隧道长度、列车速度、阻塞比对车外压力波的影响规律;得出时速500~600 km/h速度下基于最大正负值和最大压力峰峰值的最不利隧道长度;论证了列车通过隧道产生的压力波幅值与列车速度平方成正比的适用范围,总结了压力最值与速度的拟合关系式。本文研究方法和结果可为车体设计选用气动载荷提供参考依据。     

不同外形列车过隧道实车试验的比较分析

随着列车运行速度的提高，隧道空气动力学问题越来越突出。2005年5月在遂渝线进行了高速列车过隧道试验，对列车和隧道内空气压力变化、隧道内列车风和隧道口微气压波等参数进行了测试。结果表明：隧道内列车风风速与列车运行速度成线性关系，并且与车头和车尾的外形、列车长度、隧道截面面积及其长度等因素有很大关系；隧道壁面压力近似与列车运行速度的平方成正比；同等速度条件下，钝头型的25T提速客车引起的隧道壁面压力变化幅值比流线型动车组的大38．6％；由于双层集装箱列车较高且集装箱间的间距较大，致使同等速度下引起的隧道壁面压力变化最大；隧道入口的压力变化明显大于隧道出口的压力变化，在隧道口附近，三维效应非常明显，且每种车型均不同。因此，将列车和隧道耦合起来设计出合理的隧道和列车截面形状，是减小隧道空气动力学效应的有效途径。     

艰险山区客运专线铁路隧道缓冲结构研究

高速列车进出隧道形成的压力波带来乘客舒适度下降、隧道洞口噪声污染、威胁隧道洞口建筑物安全等多种不利影响。为了深入研究高速铁路隧道洞口微压波特性,确定各种缓冲结构在控制微压波方面的效果,提出缓冲结构设计的合理方案。通过模拟实验和数值分析,对主要缓冲结构设置形式进行了分析,并针对艰险山区隧道洞口提出了缓冲结构设计的合理方案。     

高速列车进入有缓冲结构隧道的压力变化研究

采用高速列车空气动力学模型实验对高速列车在进入带缓冲结构隧道过程中瞬变压力传播机理进行研究。实验结果表明,缓冲结构能够减缓隧道内瞬变压力。其原因在于:缓冲结构横断面积逐渐由大变小,阻塞比逐渐由小变大,延长了压力上升时间,降低了压力梯度;另一方面,由于压缩波在缓冲结构和列车、隧道之间多次反射,降低了压力峰值。在M.S.Howe提出无缓冲结构下最大压力波变化理论基础上提出有缓冲结构时隧道内最大压力和最大压力梯度变化规律计算公式。所得结论可为隧道空气动力学研究提供参考。     

高速铁路隧道壁面气动荷载研究现状与趋势分析

高速铁路隧道壁面气动荷载是隧道结构破坏的主要诱因之一,了解并掌握其特征对高速铁路隧道结构设计与安全营运具有重要的理论意义与工程价值。通过论述高速铁路隧道壁面气动荷载特征与现场实车测试、动模型试验以及数值仿真模拟三种研究手段的技术现状与未来发展趋势。总结归纳得出:(1)列车驶入隧道前,壁面气动荷载峰值小、持续时间短;列车在隧道内行驶时,壁面气动荷载表现为正负峰值不等的不规则变化规律;列车车尾驶出隧道后,气动荷载表现为周期性正负峰值交替的衰减规律。(2)三维光纤贴壁线性布置技术利于实现隧道全断面、全长测点布置,且具有重复利用率高,试验费用低、工作量少等优点,可作为现场实车测试过程中数据采集系统的一个重要比选方案,电机控制能进一步提高模型列车运行速度的控制精度,可作为未来动模型试验系统动力控制的优选技术之一。     

CRH3动车组单车隧道压力波特性估算

采用国内研制的高速列车通过隧道时压力波计算程序,模拟了特定隧道条件下CRH3动车组单车隧道压力波的基本特性,给出了隧道内、车头车尾处的压力波分布情况,以及对应车内处3 s内最大压差值等随车速变化的规律。同时,比较了动车组在德国和我国隧道条件下压力波的异同点。     

高速列车通过截面突变隧道时压力波的数值模拟研究

高速铁路隧道压力波是铁路高速化中日益突出的问题之一,而高速列车通过截面突变隧道时压力波特性目前研究较少。本文根据高速列车通过隧道过程中引起空气流动的特点,在对复杂空气流动现象进行合理简化的基础上,采用一维可压缩不等熵非定常流体流动模型和广义黎曼变量特征线法发展了截面突变隧道压力波的数值计算方法,并给出了相应的边界条件,随后与国外典型试验数据进行了比较,证明本方法的正确性。在此基础上本文分别对单车和会车通过截面突变隧道的压力波进行了数值分析,对揭示截面突变隧道内压力波特征及截面突变对隧道压力波的影响有一定的意义。