开孔中隔墙对特长隧道内压力波动的影响研究

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时速300 km的CRH2G高速列车通过10 km特长隧道时诱发的压力波动进行数值模拟研究。考虑到高速铁路隧道断面及中隔墙开孔尺度的特点,采用薄壁孔口出流模型模拟隔墙开孔处的流动。与国外实验结果对比显示,本文数学模型及计算结果能有效模拟设置开孔中隔墙的铁路隧道内的压力波动。初步揭示了开孔面积、开孔间距及开孔方式等对列车及2列车对向通过时设置开孔中隔墙的隧道内压力波动及峰值的影响规律。本文研究方法和结果可为特长铁路隧道内中隔墙开孔设置方式提供数据支持。     

地铁入口处缓冲结构对车体压力的影响研究

为了将地铁瞬变压力的波动控制在人体舒适度范围内,根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε紊流模型,以22.73 m2的地铁区间矩形隧道为研究对象,建立隧道-列车-空气数值模型,分析地铁隧道中列车特征部位压力和压力梯度的变化规律和影响因素。研究结果表明：列车运行速度超过100 km/h后,有必要在地铁入口处设置缓冲结构;缓冲结构降低压力最大值的效果并不显著,但降低压力梯度最大值的效果显著;喇叭型缓冲结构是优选的地铁入口降压措施;缓冲结构的最佳长度为2倍隧道水力直径;缓冲结构的横断面积越大,其降压效果越好;缓冲结构的最佳开孔率为30%左右。     

400 km/h高铁隧道出入口缓冲结构开口率对微压波影响研究

随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重。以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性。并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少。针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数。基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证。分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法。研究结果表明：1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入...     

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。     

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。     

单线高速铁路隧道入口缓冲结构几何外形优化设计

以单线高速铁路隧道入口线性喇叭型缓冲结构作为研究对象,采用3次NURBS曲线拟合其入口形状,提取控制缓冲结构几何外形的9个设计参数。利用有限差分方法分析各个参数的灵敏度,发现缓冲结构的上下边界长度和入口高度对微气压波最为灵敏,而缓冲结构入口形状对其敏感度最小。采用计算流体力学方法、支持向量机模型和蚁群优化算法,开展以降低微气压波为优化目标的缓冲结构几何外形优化设计,得到适用于单线高速铁路隧道的线性喇叭型缓冲结构外形。与无缓冲结构相比,采用优化设计得到的缓冲结构,微气压波降低约42.1%,单车通过隧道时的车外压力波动幅值减少约9.4%。通过分析线性喇叭型缓冲结构上下边界的长度、入口高度和底部宽度对微气压波的影响,发现这4个设计参数与微气压波呈近似的线性关系,各设计参数间的耦合作用不明显,在实际工程设计中,可单独考虑各设计参数的影响。     

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。     

空腔结构对高速磁浮隧道压力波的影响研究

随着我国更高速铁路交通系统建设的推进,车/隧耦合空气动力效应急剧增强,如何有效缓解车/隧耦合下的压力波幅值成为众多学者研究的难题之一。为缓解隧道压力波,常在隧道口设置缓冲结构,并根据隧道横截面积和列车运行速度确定相关参数。然而,因隧道外部现有地形和空间环境的限制,无法在洞口设计长距离、大范围的缓冲结构或者对现有缓冲结构进行改造扩建。针对此类问题,提出一种具有空腔结构的新型隧道结构。采用三维、非定常、可压缩N-S方程和标准k-ε湍流模型,结合滑移网格技术,研究时速600 km磁浮列车通过横截面积92 m2的单线隧道时的隧道壁面瞬变压力和微气压波,探明隧道内部空腔结构对初始压缩波传播特性的影响规律以及对隧道瞬变压力和微气压波的缓解效果。开展动模型试验、网格精度无关性和算法无关性验证数值计算方法的正确性。研究结果表明：空腔结构使得进入隧道内部的气流流经透孔并在空腔内产生反射,通过耗散压缩波强度来抑制压缩波压力梯度的上升,从而对隧道壁面压力和隧道出口微气压波具有明显的减缓作用。相比于现有隧道,具有空腔结构的新型隧道对隧道入口140 m处的壁面压力幅值减缓作用达13.1%,对隧道出口20 m处的...     

基于变流通截面的高速铁路隧道单车压力波数值计算探讨

基于隧道内空气流通截面是时间和距离的二元函数条件与一维可压缩非定常不等熵流动理论,提出了高速铁路隧道单车压力波广义黎曼特征线法的计算方法和计算程序,并进行了不同喇叭状隧道端口条件下和不同列车前端鼻部长度的空气动力学效应的分析计算。     

高速列车通过隧道时诱发车厢内压力波动的数值分析

在假定列车车体为均匀多孔车体的基础上,根据一维可压缩非定常不等熵流动理论与广义黎曼特征线法,研制了高速列车通过隧道过程中诱发车厢内外空气瞬变压力耦合的计算方法和计算程序。其中,基于热力学第一定律的“充排法”建立了车厢内压力波动的计算方法,并成功地将该方法推广应用于隧道内会车条件下车厢内压力的计算分析中。通过与国外试验数据的验证表明了本文计算方法与程序的正确性,为准确合理地计算高速列车通过隧道时诱发车厢内瞬变压力提供了可靠的分析工具。     

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。     

高速列车突入隧道时的三维非定常流的数值模拟

给出高速列车突入隧道形成压力波的三维粘性流场数值模拟过程,控制方程三维粘性、可压缩、不等熵、非定常流的Navier Stokes方程。空间离散采用中心有限体积法格式,时间采用预处理二阶精度多步后差分格式进行离散,对列车与隧道之间的相对运动采用滑动网格技术。真实地描述列车进入隧道所形成压缩波的过程。计算结果与国内外的试验结果相符。计算结果表明:隧道内的压缩波呈现三维特性;同一断面上的压力变化的差异性与列车的运行方式有关。     

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。     

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。     

缓冲结构对列车突入隧道时的瞬变压力的影响

列车突入隧道时 ,会产生一系列气动效应。引起车厢内部压力变化 ,降低列车乘坐的舒适度。同时 ,还会在隧道出口形成噪声污染 ,在隧道口修筑缓冲结构是解决这一问题的有效措施。本文通过实验 ,对瞬变压力以及压力变化率与列车车速之间的关系进行了研究 ,并对缓冲结构的长度与降低瞬变压力的效果进行了分析比较 ,确定了相对最优的缓冲结构长度。     

深圳地铁 11 号线隧道空气压力波研究

分析并提出高速地铁隧道压力舒适度标准.采用隧道压力波分析软件ThermoTun,对深圳地铁11号线隧道段不同断面设计情况下的压力波及压力舒适度进行分析,提出对隧道泄压系统及隧道断面的设计建议.     

磁浮列车气密性能对隧道净空面积的影响

系统地探讨了车辆气密性能对隧道净空面积的影响规律。计算了不同气密性能的TR型磁浮列车,以不同运行速度通过不同长度的单线隧道时的压力波,并根据德国及ERRI的隧道与列车内压力波容许标准,确定了所需的隧道净空面积。     

列车与隧道环隙空间流场特性的研究

列车通过隧道时,列车表面与隧道表面之间的环隙流场特性,是隧道空气动力学的一个重要内容,也是研究和解决隧道活塞风的主要依据之一.本文从管道湍流理论出发,认为环隙流动由两种流动组合而成:一是由环隙压力梯度产生的Poiseuille型粗糙区湍流;一是由列车表面曳力产生的 Couette型湍流.根据粗糙区管道湍流理论,利用镜像原理和相对运动原理,通过流动变换,建立Couette型湍流的基本关系;应用时均湍流性质和坐标变换方法,得出环隙组合流动规律;提出环隙流动的速度分布关系式和特征速度位置的关系式;确定与壁面剪切力密切相关的壁摩擦速度.本文的研究内容可为解决隧道活塞风问题提供参考.