基于空气阻力等效的超高速列车真空管道参数设计

高速铁路在世界各国范围内建成和运行的同时,作为快捷、舒适、节能交通工具,超高速列车将成为轨道交通的下一个发展方向。而随着列车速度的提升,列车空气阻力明显增加。为有效降低空气阻力,实现列车超高速运行,真空管道交通应运而生。管道参数一直是真空管道交通系统所关注的重点之一,为明确管道参数与列车行车速度之间的关系,得出简便适用的真空管道参数设计方法,基于原朝茂理论,以时速350km列车在高铁标准断面隧道中运行时的空气阻力为控制指标,对超高速列车的阻塞比、行车速度及运行管道工作气压的相互影响规律进行了细致研究,并将列车在低压管道运行空气阻力的理论值与数值计算结果进行了比较。研究表明:1)低压真空管道列车空气阻力数值计算结果与原朝茂理论计算值相互吻合,可以基于原朝茂理论对真空管道列车空气阻力特性进行分析;2)给出了基于高速列车隧道阻力的超高速列车运行管道运行参数设计方法和参数选取曲线,研究结果可为低压真空管道的工作参数的选取提供理论依据。     

高速铁路隧道洞口地形对微压波的影响分析

高速列车进入隧道后将产生一系列的空气动力学效应,其中隧道出口的微压波效应对人类环境的危害性较大。影响微压波的因素主要有:列车进入隧道的速度、隧道的阻塞比、隧道长度、隧道内部条件和隧道出口地形等。采用数值模拟方法,深入研究了隧道出口地形对微压波的影响,得到了隧道出口地形对微压波的影响特性。     

长大铁路隧道列车相向及同向运行时空气阻力的计算方法研究

对长大铁路隧道列车相向及同向运行时空气阻力的计算方法进行了探讨,建立了相应空气阻力理论计算公式,并得出了列车在长大隧道中相向及同向运行时空气阻力的一般规律,可为铁路隧道设计提供参考。     

列车隧道空气动力学研究综述

综述列车通过隧道时的气动效应及其原理,介绍列车过隧道时压力波的形成和变化规律以及研究方法,分析车型、车速、隧道长度以及阻塞比等相关参数对隧道气动效应的影响,并从车体优化和隧道结构优化2个方面分析减小隧道空气动力效应的措施。最后,总结目前在列车隧道影响因素和缓解措施方面的研究成果,并从气动荷载对隧道结构、列车结构以及隧道内附属结构的安全性问题、隧道空气动力学问题和大风环境下的隧道空气动力学问题3个方面进行展望。     

高速列车通过隧道流场的三维数值模拟

应用三维粘性、非稳态不可压缩流的数学模型,对高速列车通过隧道时隧道内的压力变化、列车受到的气动阻力等问题进行分析研究,得到了隧道内的压力流场三维分布图,求出了速度、阻塞比等参数与压力、气动阻力之间的数值关系,为解决高速列车通过隧道引起的空气动力学问题提供参考。     

基于气动效应的特长隧道断面优化探讨

铁路隧道净空面积的确定，不仅应考虑隧道建筑限界和机车车辆限界，还要考虑列车通过隧道时诱发的空气动力学效应。基于一维、可压缩、非定常的流动假设，推导得到车内瞬变压力、洞口微气压波和空气阻力计算公式，并结合这3个指标对现有城际铁路、高速铁路隧道设计规范进行论证和优化。结果表明： 针对大于10 km的特长隧道，在一定长度范围内，且在提高列车密封水平、增加洞口微气压波缓冲结构的情况下，可对特长隧道净空断面进行优化。     

高速铁道的空气力学现象与环境问题

隧道铁路的高速化，与速度相关的空气力学现象越来越明显，在空气阻力，车辆侧风的空气特性，隧道内瞬变压力，空气动力噪音，隧道微压波，列车通过时的瞬变压力等空气力学现象中，与环境问题有关的现象有空气动力噪音，隧道微压波，列车通过时的瞬变压力。为实现有益于环境的高速铁道，缓和和减弱这些空气力学现象是不可缺少的。     

缓冲段长度的设置对半敞开式城市隧道自然通风的影响

对于采用自然通风的半敞开式城市隧道,缓冲段长度(隧道进口与第一个通风口之间的距离)的设置作为隧道通风口布置的重要组成部分对隧道自然通风效果有较大的影响。采用ANSYS中的FLUENT版块,以长度为1 000 m的隧道作为研究对象进行二维模拟计算,在通风段通风总面积不变的情况下,通过改变行车速度的快慢、缓冲段长度的大小、通风口间距的大小等影响因素,进行了多次对比计算,研究分析了不同情况下隧道的静压、动压、风速、CO浓度的变化情况。结果表明,在通风段通风总面积不变的情况下,隧道内缓冲段长度与隧道长度的比值为0.1时,隧道内自然通风效果最优。     

宁东铁路跨下伏输水隧洞的静动力计算及可行性分析

为了评价铁路修建的可行性及运营期间列车荷载对下伏输水隧道钢筋混凝土结构的安全性影响,开展了岩基-隧道钢筋混凝土结构的静动力计算研究,分析了移动列车荷载作用下岩基和衬砌的质点最大位移、最大主应力、振动位移和振动速度的变化规律。结果表明,列车移动荷载引起的岩基及衬砌结构的最大应力低于材料的容许应力;振动位移和振动速度时程曲线具有明显的三阶段特征,且同一列车速度时振动曲线特征点的对应时刻基本相当;振动位移的影响深度随列车速度的增加而增加,衰减完成的时间随列车速度的增加而减少。在输水隧洞上方修建铁路对其钢筋混凝土衬砌结构的安全性影响甚小,无需加固处理。     

关于广州地铁隧道空气动力学效应缓解措施的研究

地铁列车高速通过中间风井以及多次在地下线路与高架线路间转换,引起车厢内压力波动,降低了乘车的舒适性。文章总结了其他国家制定的地铁或高速铁路不同的人体舒适度压力控制标准和国内的地铁压力舒适度的相关研究,采用地铁环境模拟计算软件SES 41,对广州地铁14号线列车线路在隧道运行时不同列车时速、不同的隧道断面、不同渐扩段长度等情况下通过隧道洞口及中间风井时车头的压力波动及压力舒适度进行计算分析,提出对于高速地铁可在常规盾构隧道断面入洞口处和中间风井处设置一定长度及规模的渐扩段,同时结合行车组织的压力缓解措施的设计建议,这些措施在广州地铁14号线、21号线、南京机场线等工程设计中已进行应用,具体效果有待线路开通后进行实测验证。     

矩形断面综合管廊线缆舱通风阻力系数数值仿真研究

为探究城市综合管廊通风阻力影响因素和计算方法，通过调研综合管廊通风系统设计和交通隧道通风阻力的相关研究成果，得到综合管廊线缆舱单位长度通风阻力系数的计算公式。建立综合管廊线缆舱三维数值模型，利用ANSYS FLUENT软件并采用标准双方程模型对通风障碍物比例约为15%的综合管廊线缆舱室内部支架、线缆和热效应对通风的阻力影响进行模拟。分析得到： 1)相较于内部无支架、线缆的综合管廊线缆舱，有支架、线缆时对通风阻力影响极大； 2）随着通风风速的增大，综合管廊线缆舱通风阻力逐渐增大，而通风阻力系数减小，且逐渐趋于稳定； 3）进口空气温度、线缆发热及舱内温度产生的热效应对通风的阻力效应有一定的影响，且随着进风温度增大，通风阻力和通风阻力系数逐渐降低。     

隧道运营期内部空气温度的预测分析

运营隧道内空气温度的合理预测有助于改善隧道内部环境。为了准确预测分析运营隧道内气温，引入传热第三类边界条件，耦合隧道径向及轴向二维轴对称的围岩温度导热方程与洞内气流温度方程，推导出隧道空气温度和内壁面温度的分析解，该分析解法与文献报道数值解法计算得到的巷道内气温差值在０．５℃以内。以武汉长江隧道为例，对运营隧道内的空气温度进行计算分析。结果表明：洞内气温的计算结果与实测数据的差值大多在１℃以内，且温度变化趋势一致，进一步验证了本文分析解的正确性；随着风速的增加，出口气温不断降低且降幅逐渐减小，即降温效果已逐渐不明显，表明运营隧道内的风速控制需综合考虑降温效果和动力消耗。     

全封闭声屏障列车活塞风压研究

以某城际轨道交通工程为例,通过CFD模拟,计算全封闭声屏障内列车行驶产生的活塞风压,作为结构设计的依据。计算中考虑单车通过、两车在声屏障端部截面交会以及截面突变处交会的不同工况。计算结果表明,在全封闭声屏障顶部设置通长1 m宽通风排烟口、车速120 km/h的条件下,列车行驶产生的活塞风压范围为-192~392 Pa。     

高寒高海拔隧道进出口海拔差下列车内外压力计算方法及应用

为研究西部艰险山区长大隧道进出口存在较大海拔差下的车内外压力计算方法，采用理论分析方法对现有平原地区车内外压力单维计算模型进行修正，使之适用于进出口存在海拔差的隧道。通过青藏铁路列车内压力实测数据的对比，验证计算方法的正确性，并在实际设计中进行应用。主要结论如下： 1）根据大气压力随海拔变化的规律，通过调整原有计算模型中每一时刻对应的基准压力、温度、密度和声速，可实现进出口存在海拔差隧道内列车内外压力的计算； 2）通过此计算方法，确定了某高海拔山岭轨道交通单线隧道断面净空面积为19.5 m2，双线隧道断面净空面积为41.5 m2，列车动态密封指数最低要求为2.5 s。     

基坑开挖引起复合地基下方既有双线地铁隧道位移的计算方法

为快速分析基坑开挖时复合地基及“双洞效应”对下方既有双线地铁隧道竖、横向位移的影响,首先，基于Mindlin位移解和Winkler地基模型,推导出复合地基中桩的侧摩阻力作用下单线隧道的竖、横向附加荷载,从而计算得到单线隧道竖、横向位移。然后，采用迭代法计算得到的“双洞效应”引起的隧道竖、横向位移叠加得到双线隧道总竖、横向位移，并与前人理论计算结果、监测数据对比验证。最后,分析桩参数、隧道位置改变对桩侧摩阻力和“双洞效应”引起隧道竖、横向位移的影响。研究结果表明: 1）与前人理论计算结果相比,本文理论计算结果与实测数据更吻合,且提高原有2阶段分析方法运算效率28%以上; 2）桩侧摩阻力和“双洞效应”对隧道竖、横向位移的影响是不可忽略的; 3）仅考虑上方基坑开挖对既有双线隧道位移的影响时,在施工条件和规范允许情况下,应尽量减少预先设计的两隧道之间距离,并合理选取复合地基中桩的长度; 4）迭代法比一次性法更加合理、精确，特别是计算横向“双洞效应”引起隧道横向位移时，应尽量采用迭代法计算。     

基于车内瞬变压力变化的400 km/h高速铁路隧道净空面积探讨

为推进中国高速铁路隧道技术标准深化研究,开展400 km/h隧道结构设计参数的研究工作,而隧道净空面积为其中的一项重要内容。为尝试从列车内部瞬变压力角度得到400 km/h高速铁路隧道净空面积,建立基于舒适度标准的高速铁路隧道净空面积确定方法,以控制工况为基础,通过计算和分析,从列车密封性能方面讨论维持现有隧道净空断面的可能性,并研究提出400 km/h隧道净空断面建议值。主要结论有:1)现有350 km/h单线隧道以400 km/h运营时,列车动态密封指数最低为22 s,车内瞬变压力超标的可能性较大; 2)400 km/h单、双线隧道净空面积建议值分别为85 m~2和100 m~2,对应的列车动态密封指数最低为18 s,更加符合现有标准对列车密封性能的要求,车内瞬变压力超标的可能性大幅降低; 3)提出的400 km/h高速铁路隧道净空面积建议值和对应的密封性能要求可为有关标准、规范的制订提供参考。     

短隧道列车等速会车压力变化的仿真分析

基于三维、非稳态、可压缩、粘性N-S方程和k-ε两方程紊流模型,采用有限体积法仿真计算了5种车速和3种隧道长度下,高速列车在短隧道等速会车时列车侧壁上的气体压力变化,分析了气体压力在隧道内的变化特点和传递规律。     

建筑再生料在上海S7公路新建工程中的试验应用

城市建筑垃圾在城市发展建设过程中增加了城市环境保护管理的难度,同时加速了对土石资源的消耗。为协调城市建设与城市建筑垃圾之间的矛盾,研究提出以建筑碎石作为建筑再生料,并应用于城市道路建设工程中。结合上海S7公路(月罗公路—宝钱公路)新建工程,介绍建筑碎石在"永临结合"施工便道中的施工工艺、填筑方案及质量验收情况,充分论证了建筑碎石循环利用于道路路基工程中的可行性,为处理城市固体废弃物提供了一个极具应用价值的新思路。