速度350 km/h高速列车车体时间常数气密阈值特性初探

高速列车通过隧道时产生较大压力波动,瞬态压力变化的同时由车外向车内传递,车内外压力波动对车体形成剧烈的气动载荷,将影响车体使用寿命。同时,不同时间间隔内车内压力变化率同司乘人员的乘坐舒适度密切相关,探讨不同时间间隔标准下高速列车通过不同长度隧道时车辆自身的动态时间常数值具有重要意义。基于国内单双线隧道基础参数和CR400BF型动车组相关技术参数,应用一维可压缩不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线方法计算列车通过隧道过程中车内外压力波动随时间历程特性,归纳车内外最大正压值、最大负压值、车外压力峰峰值和车内外同时刻压差最大值的变化规律。按照中国、德国、ERRI、UIC不同标准舒适度标准要求计算列车所需达到的时间常数气密阈值,比较4种标准下时间常数气密阈值随隧道长度增加的变化规律。     

80 km/h B型地铁列车隧道内运行空气动力学试验研究

为探明80 km/h B型地铁列车在隧道内运行时空气动力学效应,采用实车试验方法,在南宁某隧道直径为5.4 m的全地下线路开展空气动力学测试,分析列车在隧道内运行时,车内外气压波动情况以及车内耳压舒适度情况。研究结果表明：列车以80 km/h速度通过隧道内中间风井位置时,车内外压力波动剧烈,车外与车内测点峰峰值分别为1 452 Pa与923.4 Pa;列车在车内外压力波动剧烈时,车外各测点压力差异大,车内各测点压力差异小,车外各测点峰峰值的均方差值为车内各测点峰峰值的均方差值的9.6倍;列车在非风井区间运行时耳压舒适度良好,而在风井区间运行时有造成乘客耳压不舒适的风险。研究结果可为80 km/h速度等级地铁列车耳压舒适度的评估和改善提供参考。     

高速列车通过高海拔大坡度隧道车内外压力波特性

为研究高速列车通过高海拔、大坡度和特长隧道下压力波的特性，基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法模拟列车通过隧道时的车外压力，采用时间常数法计算车内压力；分别利用国外数值模拟结果和国内西成高铁实车试验数据，验证方法的合理性和准确性；以速度200 km·h-1的单列8编组高速列车为研究对象，分析列车通过4种海拔、5种坡度和4种长度组成的不同隧道时，车内外压力波动和最值的变化规律。结果表明：隧道内初始压力是影响车内外压力幅值的根本原因；车内外最大正、负压均随隧道海拔的升高而线性减小，随隧道坡度和长度的增加而线性增大；与下坡相比，列车上坡运行时车内的压力舒适性更为恶劣、气密性要求更高；列车上、下坡通过坡度30‰、进口端海拔4 500 m、长42 km隧道时，车外最大正、负压分别为9.85和-9.63 kPa，列车动态气密时间常数不应小于1 713 s。     

高原动车组主动压力保护技术分析研究

列车驶入隧道时会产生剧烈的压力波动，对车内人员的耳感舒适性有重要影响。在高海拔、大坡度环境下，车内外压力变化还要叠加海拔变化的影响，车内人员的耳感不适性问题将更加复杂。文章采用一维可压缩非定常不等熵流动模型黎曼变量特征线法和考虑连续换气风机工作的车内压力计算方法，分别在隧道单列车通过和中央等速交会情景下进行了车内外压力变化特征研究，并基于国内高速列车主动压力保护技术，对比了采用高静压风机和低静压风机的车内压力保护效果，最后结合UIC标准和国内民航舒适性标准限值进行了车内压力舒适性评价。研究表明，高静压风机对车内压力瞬变的抑制作用明显优于低静压风机，低静压风机车内每1 s、3 s和10 s内最大压力变化量分别高于高静压风机约100%～600%,且350 km/h速度等级列车的高静压风机对车内压力抑制作用略优于250 km/h速度等级列车。     

高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究

针对高速地铁列车通过隧道区间风井扩大段时引起的乘客耳感不适，依托某带隧道风井的地铁线路区间及设计时速120 km的8车编组地铁列车，以ATO运行模式开展实车试验；在确保试验可重复性的基础上，探究列车站间运行时各车厢内外压力变化规律，分析区间风井扩大段引起车内外压力突变的原因。结果表明：车头和车尾先后高速通过风井段时，相当于经历了隧道断面面积先扩大再缩小的变化过程，会形成类似于车头和车尾驶出和进入隧道洞口的物理现象，车头、车尾通过区间风井扩大段会导致车外压力的上升、下降，此时产生的压力突变是导致耳感不适的主要原因；尾车至头车的车外压力正峰值和负峰值全程呈上升趋势，头车和尾车压力变化峰峰值接近，分别为1 617和1 723 Pa,5车压力变化峰峰值最小，为964 Pa；列车通过区间风井扩大段时，车内压力变化幅值受运行速度的影响较大，速度为113 km·h^-1时，任意3和1 s内的车内压力变化幅值均超过相应标准中的耳感舒适性要求。     

时速80 km地铁B型车耳压舒适度测试分析

文章通过对时速80 km地铁B型车进行空气动力学现场试验,得到该速度等级下车内空气压力的变化情况,并分别采用TB/T 3503.3—2018和CJJ/T 298—2019两种标准对耳压舒适度进行评价。结果表明,时速80 km地铁B型车在避开风井位置的隧道中运行时,司机室和客室的压力变化幅值均满足两种标准的相关要求;但该列车在通过中间风井位置时,司机室和客室的压力变化幅值不能完全满足CJJ/T298—2019标准的相关要求,因此需对风井结构进行优化。     

基于流固耦合的隧道压力下车体变形对车内压力的影响分析

当高速列车通过隧道时,隧道压力波通过车体变形、密封缝隙和换气风道引起车内压力变化,造成乘客不适。为探明由车体结构变形这单一因素引起的车内压力波动情况,构建了完全密封的车体结构和车厢结构模型,基于STAR-CCM+/Co-Simulations模块,仿真计算了高速列车以350 km/h的速度通过隧道时车体结构的振动位移情况、车内压力变化和车内压力变化率,并与气体状态方程理论数值模拟计算对比。结果表明,车门的振动位移最大;基于流固耦合理论和理想气体状态方程的2种数值模拟方法的结果误差为16.8%,相互验证了计算结果的可靠性;车内压力与车体内的容积成反比,车内最大负压为195.3 Pa,车内压力3 s变化率小于203.1 Pa/(3 s),车内压力1 s变化率小于149.6 Pa/s,满足舒适性要求,为建立多因素耦合作用下的车体模型研究提供帮助。     

运行中地铁列车的车内外压力变化特性研究

通过对我国某型地铁列车进行隧道空气动力学实车线路试验,得到地铁列车实际运行过程中车内、外压力变化规律。试验结果表明:该型地铁列车车内压力变化满足我国地铁设计规范舒适度评价标准及美国地铁人体舒适度评价标准。地铁列车运行过程中,最长隧道区间的车内、外压力变化幅值明显大于其它隧道;列车以不同速度和模式运行中,车内1.0 s、1.7 s、3.0 s时的压力变化幅值和车外各测点压力变化幅值均不相同,车体表面测点压力变化由车头至车尾方向呈逐渐减小的趋势。     

时速120 km地铁列车气密性设计与试验

以某时速为120 km速度等级的地铁列车为研究对象，基于密封指数及静态和动态密封指数的定义，采用仿真分析和实验室试验的方法并结合相关标准指标要求，对整车进行气密性设计与试制；通过现场空气动力学试验，对整车全线运行及通过短桥隧和人防门时的车内外压力变化情况及车内压力舒适度和动态密封指数进行分析。结果表明：车体和车门对整车静态气密性影响比例之和为90%以上，设计试制时须重点关注车体和车门的密封性能；列车全线运行时压力变化剧烈位置为短桥隧和人防门2处变截面位置，列车通过时头车车内的3 s内压力变化幅值较车外减小43%～67%，列车具有良好的气密性；列车全线运行时车内压力舒适度满足行业相关标准要求，但列车通过人防门时动态密封指数不满足行业相关标准要求，这与该处人防门设计的合理性和相关标准对地铁列车动态密封指数要求的合理性有很大的关系。     

考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化方法

以某预留400 km·h^-1速度条件的高速铁路为研究背景，基于代理模型和优化思想，从系统设计层面提出考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化方法。首先，采用流体力学软件建立隧道气动效应数值模型，并基于列车以300 km·h^-1速度通过隧道的实测数据，验证数值模型的有效性；然后，以隧道净空面积和车辆动态密封指数为变量，依托既有350 km·h^-1高速铁路数据，构建列车以400 km·h^-1速度通过隧道时车内气压变化3 s极值的Kriging代理模型；最后，以建造成本为目标函数，构建考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化模型，设计布谷鸟搜索算法，求解满足舒适度标准的最优隧道净空面积和车辆动态密封指数。结果表明：代理模型预测的相对均方根误差为0.59%、相关系数为0.999 9，能够精确描述车内气压变化3 s极值与车辆动态密封指数、隧道净空面积的非线性关系；对于400 km·h^-1高速铁路，建设成本最小时隧道净空面积为100 m²、车辆动态密封指数为1...     

明线上与隧道内高速列车流场结构及气动噪声源

基于成熟的明线上高速列车气动噪声计算模型和可压缩大涡模型,考虑声学无反射边界条件,利用计算流体力学软件Fluent建立无限长隧道内高速列车气动噪声计算模型,对比分析高速列车在明线上与隧道内运行时的流场组织结构和气动噪声源。结果表明:高速列车在明线上与隧道内运行时具有类似的流场结构和气动噪声源分布规律,但隧道内的流场结构尺度与强度、气动噪声源强度均比明线上大;车速为350 km·h-1时,隧道内头车排障器尖点扰动区的速度幅值约为明线上的1.2倍,列车尾流区长度约为明线上的1.7倍,整车、1位转向架、头车流线型车底及中间车上部的等效声源声功率分别约为明线上的3.2倍、1.6倍、2.7倍和4.2倍;隧道内活塞效应并不是在全频率范围增加等效声源声功率,而是在包含峰值频率较狭窄的频率范围显著地增加等效声源声功率。     

市域快速列车空气阻力研究

文章以广州某市域快速列车为例,对列车以160 km/h运行在明线和隧道两种场景下的空气阻力进行研究,比较分析了各节车辆及部件的阻力、阻力系数和占比。研究结果表明：市域列车在明线和隧道运行时,头尾车受到的空气阻力最大;在列车各部件中,车体所受空气阻力最大,转向架次之,受电弓最小;隧道运行时列车所受空气阻力达到明线运行时的2倍以上,其中头尾车的空气阻力增幅最大,同时车体、转向架和受电弓的空气阻力也有较大增幅。     

竖井对高速铁路隧道列车风的影响研究

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,以带有竖井的高速铁路隧道为研究对象,建立隧道-竖井-列车-空气三维数值模型,列车运行速度为350 km/h,研究高速铁路隧道竖井交叉结构段列车风的时程变化规律和空间分布特点,分析竖井面积、长度和交叉角度对列车风的作用效果,判定高速铁路单、双线隧道交叉结构段列车风最不利情况。研究结果表明:隧道线路上方典型位置处纵向列车风速度峰值分别是横向列车风和竖向列车风的4.4倍和2.6倍;列车车头经过隧道交叉结构段时,该位置纵向列车风形成涡流,单线隧道处其速度超过20 m/s;竖井会造成隧道交叉段45 m范围内的列车风速度大于一般结构段;高速列车经过单、双线隧道交叉结构段时,典型位置处纵向列车风的速度最大值分别为20.16和18.20 m/s。     

基于空气动力学的客货共线铁路隧道内轮廓面积优化探讨

与常规铁路隧道不同,客货共线铁路隧道内轮廓有效净空面积大小尚应考虑列车类型、车辆密封性和旅客舒适度等因素,通过对速度160km/h、200km/h的普通旅客列车和动车组交会时空气动力学效应仿真分析,结合我国目前列车车辆密封性性能情况,提出新建客货共线铁路隧道适度标准按照1.25 kPa/3s控制,当普通旅客列车密封指数达到2s,时速200km双线隧道内轮廓有效净空面积可优化至76m~2。     

列车最高运行速度120km/h城轨区间盾构隧道研究

研究目的:目前我国城市轨道交通规范未对列车最高运行速度超过100 km/h的相关问题作出规定和要求,国外也无完全相似的成功经验。本文结合东莞城市轨道交通R2线工程,对城市轨道交通列车最高运行速度超过100 km/h、列车运行过程中的人体舒适度标准、空气动力学效应及配套的结构设计等问题进行研究,研究结论指导工程设计,供同行参考。研究结论:(1)当城市快速轨道交通列车运行速度高于100 km/h后,地下区间隧道断面净内空尺寸除满足限界要求外,还应考虑空气动力学效应,根据目前实际情况,乘客舒适度要求的满足宜主要通过增大隧道有效断面积来实现;(2)内径6.0 m、外径6.7 m、强度C50的单层钢筋混凝土平板型盾构隧道衬砌结构能满足列车最高运行速度120 km/h城轨区间隧道结构力学、乘客舒适度等方面的要求;(3)本研究成果已成功应用于城市轨道交通领域。     

基于乘客舒适性的快速地铁隧道压力波分析

针对地铁列车在隧道内的运行特点,采用FLUENT(6.3.26)三维模拟软件,在列车最高运行速度120 km/h的条件下,对列车进出隧道洞口、在隧道内匀速运行、进出站及加减速运行、经过中间风井等多个运行场景的压力波及压力变化率进行模拟分析,提出地铁列车在隧道内运行压力波和压力变化率规律,以及在给定压力舒适度标准下的最大隧道阻塞比。     

快速地铁列车过隧道压力变化特性实车试验研究

为研究快速地铁列车在隧道内运行时的“列车-隧道”耦合空气动力特性，在杭海城际铁路开展实车试验，分别对列车以100 km/h与120 km/h的速度通过隧道时的车内外压力变化情况进行研究，计算压力峰-峰值、3 s压力变化幅值与1.7 s压力变化幅值，对比列车进隧道与出隧道过程中车内外压力变化情况，分析不同车辆编组位置与不同列车运行速度对车内外压力变化的影响，研究空调机组状态与车内压力变化幅值之间的关系。研究结果表明，快速地铁列车进出隧道过程中压力变化幅值相近；列车进入隧道并在隧道内运行时，尾车车内压力变化速率最快，车外压力峰-峰值从头车向尾车逐渐减小，而车内压力峰-峰值沿车长方向基本不变；当列车速度不同时，车内外压力对比应在无量纲时间下进行，随着列车速度的增大，车内外压力峰-峰值增大，压力变化速率加快；关闭空调机组可以显著减小车内压力变化速率，可为乘客舒适性研究提供参考。     

京沪高速铁路隧道有效断面适应性研究

研究目的:针对京沪高速铁路隧道,采用一维、非定常、可压缩流动模型和特征线法,通过数值计算方法,对于净空面积为100 m2的隧道,选取不同的隧道长度、列车长度、列车速度等参数对单、双线隧道瞬变压力的影响进行了敏感性分析,从而探讨隧道净空面积为100 m2时的适应性。研究结论:结合国内压力波容许标准和UIC标准进行的比较分析结果,给出了京沪高速铁路隧道内列车高速运行的密封时间要求,并建议隧道内会车时,列车速度应低于350 km/h。     

地铁中间风井前变速运行对乘客舒适性影响

地铁高速通过隧道中间风井,列车车体内外都会产生较强的压力波动,严重时会影响司乘人员舒适性.采用数值计算方法对地铁列车变速通过中间风井的气动效应进行数值模拟,研究不同参数对车体表面压力分布规律,并以车内压力变化率和3 s内压力变化评价标准评估车内乘客舒适性.研究结果表明:距离中间风井100 m处变速车体表面测点压力峰峰值均大于变速位置为200 m和300 m时对应的测点压力峰峰值,分别大4.68％和6.46％.将车速120 km/h降为100 km/h,变速位置为300 m时分别比变速位置为100 m和200 m时车内压力变化少10.72％和5.07％.列车在中间风井前200 m以上减速至100 km/h以下,能明显缓解通过风井时车内压力变化,满足车内乘员舒适性要求.     

地铁车辆通过隧道时车内外压力波动特性研究

地铁车辆通过隧道时引起的车内外压力波动会对司乘人员造成不适感或危害。文章通过线路试验方法研究了地铁车辆通过隧道时车外压力和车内压力的波动特性,分析隧道截面及车速变化对车内外压力的影响。试验结果表明:隧道截面变化会导致车内压力与车外压力的波动,且车辆通过通风井时会产生明显的压力波动;司机室头车两侧侧窗车外压力变化趋势相同,司机室车内压力幅值大于客室压力幅值;列车分别以80 km/h与90 km/h运行时,90 km/h速度下的车外压力幅值与车内压力幅值均大于80 km/h相对应的数值,且均发生在列车进入隧道时,隧道截面变化时与通过通风井时。