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。     

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。     

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。     

不同运行方式对高速地铁气动效应的影响

为了研究时速140km/h高速地铁列车以不同运行方式在隧道中运行时的气动效应,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法,对地铁列车由明线驶入隧道及站间运行时产生的气动效应进行数值模拟,分析不同运行方式对高速地铁隧道气动效应的影响。研究结果表明:列车站间运行时,车体表面测点压力峰峰值沿车长方向基本不变;而列车由明线驶入隧道时,车体表面测点压力峰峰值从头车向尾车逐渐降低。2种运行方式下的隧道壁面测点压力峰峰值均在中间风井处达到最小值。并且列车由明线驶入隧道时的最大车体表面和隧道壁面压力峰峰值分别为列车站间运行时的1.37倍与1.49倍。不同列车密封指数下,列车由明线驶入隧道时的车内压力变化均大于列车站间运行时的车内压力变化。因此,地铁列车由明线驶入隧道时的空气动力学效应比站间运行时更加不利。     

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。     

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。     

市域列车与隧道耦合气动效应数值模拟分析

为研究市域列车通过隧道的气动载荷变化规律，利用三维、瞬态可压缩的标准k-ε湍流模型计算了4节编组市域列车通过3种不同断面隧道时的气动效应，并分析了车体表面、隧道壁面及紧急疏散平台的压力时程变化。结果表明：(1)隧道A情况下的列车表面压力峰值为2 600 Pa,隧道壁面压力峰峰值为4 100 Pa;隧道B情况下的列车表面压力峰峰值为2 000 Pa,隧道壁面压力峰峰值为3 300 Pa;隧道C情况下的列车表面压力峰峰值为3 700 Pa,隧道壁面压力峰峰值为5 500 Pa; 3种不同断面各隧道条件下，紧急疏散平台处压力变化规律与隧道壁面压力变化规律基本一致。由此可见，隧道阻塞比越大，隧道内压力波变化越剧烈。(2)隧道A测点x(线路纵向)方向气流速度变化峰值为17 m/s,隧道B测点x方向气流速度变化峰值为32 m/s,隧道C内疏散平台测点x方向上的气流速度变化幅值最大，约为40 m/s,隧道A、B、C内疏散平台测点在y(线路横向)和z(线路竖向)方向上的速度变化不大。     

高速列车车内压力波动值计算方法初探

高速列车在隧道内运行时，车外的压力变动会引起列车车内压力的变动，从而带来乘客感觉舒适性问题。为解决这一问题需要采取压力保护等措施，而计算列车车内压力波动是必不可少的基础性工作。利用流入流出单节密封车厢的流量关系，以连续换气方式和截止阀方式为例，模拟了列车在安装这两种装置时隧道单车压力波与会车压力波条件下的车内压力波动规律，验证了计算方法在计算车内压力方面的有效性。     

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。     

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。     

400 km/h速度下编组长度对高速列车隧道交会压力波的影响

基于三维非定常可压缩雷诺时均N-S方程与k-ε两方程湍流模型,采用滑移网格方法,对400 km/h速度等级下不同编组长度(3车编组,8车编组,16车编组)列车于各自最不利长度隧道的等速交会工况进行模拟.对比数值计算与动模型试验结果,两者同一测点压力峰峰值相差不超过3.6％,验证了数值计算的可靠性.研究结果表明:列车表面压力峰峰值由头车至尾车呈下降趋势;随着编组长度由3车增加到16车,列车表面最大压力峰峰值由12.05 kPa增加到15.18 kPa;隧道壁面最大压力峰峰值由14.73 kPa增加至19.19 kPa.     

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。     

列车通过隧道时流场的二维数值模拟分析

利用计算流体动力学软件 Star-CD,建立了列车通过隧道时的二维动网格模型,模拟在不同车速下,隧道内活塞风和压力场的动态变化规律,并比较不同外形和运行速度时列车所受到的空气阻力.模拟结果表明:列车通过隧道时的运行速度越大,产生的活塞风风速越大,相对压力越大,列车所受的空气阻力越大;列车通过隧道内某一测量点时,活塞风风速会发生突降,活塞风最大风速在列车尾流中形成;车头到达隧道入口时,最大压力突增,并很快达到最大值,随后逐渐减小;车尾到达隧道入口时,车尾最小压力突降;车身在隧道内时,车尾的最小压力波动较小;流线形列车所受的空气阻力约为钝形列车的0.5~0.7倍.     

复兴号动车组车内压力波动关键因素耦合研究

高速列车过隧道时,会形成交变压力进而导致车厢内压力波动加剧,对旅客耳部舒适性产生严重影响。研究人员为了减缓车内压力波动,往往需要通过大量的实车试验获取车内压力变化规律,以确定列车过隧道时空调压力阀的开闭条件,但同时也导致了试验成本的急剧增加。因此,本研究旨在定量化建立各关键设计参数与车内压力波动幅值之间的联系,以节约相应的试验成本。首先,基于三维、非定常、可压缩的RANS方程与k-ε两方程湍流模型,采用数值计算方法揭示列车运行速度与隧道长度对车外压力波动的影响机制,并基于动模型试验验证了数值计算的可靠性。同时建立基于车体气密性指数的车内外压力理论转换计算方法,并基于实车试验验证了这一转换方法的准确性。最终,结合响应面法,提出以车内压力3 s变化率为响应值,以列车运行速度、隧道阻塞比和长度为设计变量的参数代理模型。基于这一模型,车辆技术人员通过输入列车速度、隧道阻塞比和长度等设计变量,即可得到车内压力变化幅值,为确定列车通过隧道时空调压力阀的开闭条件提供参考,从而节约试验成本。     

地铁列车通过隧道时的气动性能研究

列车通过隧道时引起的空气动力效应会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响。基于列车空气动力学理论,采用计算流体力学软件FLUENT对某型号地铁车辆通过最不利长度隧道时的空气动力学性能进行数值模拟,得到并分析了地铁列车和隧道壁面监测点的压力时程曲线和分布特征。研究表明:车体表面压力峰峰值、3 s内车内压力波动最大值及隧道内附属物压力峰峰值,与列车速度的平方近似成线性关系;隧道断面净空面积越小,车体承受的压力越大;地铁列车通过隧道时需限速,以达到人体舒适性评价标准。     

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。     

高速空调客车通过隧道时车内压力波数值方法初探

高速列车通过隧道时会带来乘客舒适性问题。现利用流入、流出相邻两节密封车厢的流量关系,发展了高速空调客车车厢在彼此隔离条件下车外压力引起的车内压力计算方法,模拟了客车在加装风量调节式控制系统时隧道单车压力波与会车压力波条件下的车内压力波动规律,验证了该类系统减缓车内压力的有效性。     

隧道竖井对车体压力的作用机理及影响因素分析

采用数值模拟方法,对有无竖井条件下列车高速通过隧道时车体压力的变化过程进行模拟,研究竖井对车体压力的作用机理,基于车体压力变化幅值对竖井面积、数量和列车速度等因素进行分析.结果表明,设置竖井后隧道内的压力波及其传播体系以竖井为界分为前后2个不同的阶段,列车在不同阶段内行驶时车体压力独立地遵循各自的变化规律.减小竖井面积和增加怪井数量均有助于降低车体压力的变化幅度,当竖井面积小于0.5倍隧道有效断面面积时,竖井可有效降低车体压力的变化幅度;增加竖井数量虽然能降低车体压力,但会增多车体压力的变化次数;竖井对车头的降压效果最为显著,其次为车中和车尾;对于不同的列车速度,竖井对车体都有一定的降压作用,且竖井的降压效果随着列车速度的提高而增强.     

不同编组位置车辆动态密封指数试验研究

随着运行速度的提升,高速动车组受到的外部激扰愈发剧烈.尤其是动车组通过隧道和在隧道内交会时,车厢外部产生剧烈的瞬变压力,传入车厢内部会引起内部压力的明显变化,从而导致司乘人员产生耳闷、耳鸣、耳痛甚至耳膜破裂等耳感不适和医学安全健康问题.为减缓或消除耳感不适等问题,需研究高速列车运行过程中的气密性能对车内气压波动和乘客乘...