基于活塞风理论的高速铁路隧道衬砌压力计算改进方法

依据一维非定常流理论,对以往的活塞风理论进行了改进与优化,首先对不同状态下隧道内的空气密度进行了修正,充分考虑了活塞风的非定常性,改进了以往理论中空气密度的选取方法,使其更符合实际工况.其次引入了压力波传递机制,将其应用于活塞风的状态方程中,更准确地反映出隧道内压力的传递规律.     

铁路隧道列车活塞风的简化计算方法

提出了一种适用于工程设计的活塞风简化计算方法.该方法从运动列车与隧道气流的功能转换出发,以列车作用段作为活塞风压源,利用流体力学的基本原理、基本方程和湍流半经验理论,提出了活塞风压力和速度的计算方法.以现场实车的隧道空气动力学试验资料为参照进行对比,活塞风速度的计算值与实测符合度较好,这表明以不可压缩定常流动为计算模型的活塞风简化计算方法可为活塞风的工程实际应用提供理论基础.     

隧道入口侧风条件下高速铁路隧道内流场特性

为了保证高速列车在隧道入口有侧风环境中的安全,采取数值分析的方法,建立高速列车进入隧道口存在侧风时的三维可压缩、粘性、非稳态湍流数学模型,研究了当隧道洞口有无侧风和隧道洞口侧风速度变化时隧道内的压力变化以及隧道内活塞风的变化规律.研究结果表明:隧道入口存在侧风时,隧道内测点先出现负压力峰值,后逐渐上升到正压力峰值;随着压缩波的向前传播,波形逐渐分化成两个波峰,并且压缩波越往前传播,第一个波峰逐渐消失,第二个波峰得到加强,其波峰的正压峰值超过无侧风时的最大正压峰值;隧道内速度场出现明显的非对称性,隧道内靠近迎风一侧的环状空间的列车风比背风一侧环状空间的小,背风一侧隧道入口处出现比较明显的涡流,侧风速度越大,最大负压值绝对值越大,隧道内测点的最大正压值、最大负压值均与侧风的速度成正比;当列车速度为350 km/h,侧风速度到达40 m/s时,隧道内活塞风的速度可达21.8 m/s,隧道内的压缩波的最大负压值可达-6 547 Pa.     

500 km/h高速铁路隧道线缆夹具刚强度有限元分析

随着运营速度的提高,高速列车引起的气动效应与环境的相互作用变得更加复杂和剧烈,特别是高速列车通过隧道时形成活塞风,其对隧道内附属设施的荷载作用越来越显著。针对高速列车通过隧道时产生的活塞风冲击荷载,以隧道线缆夹具为研究对象,建立三维模型,并对其进行网格划分;应用有限元分析软件ANSYS,对隧道线缆夹具进行静力学分析以及模态分析。结果表明,隧道线缆夹具在强活塞风的作用下,其结构所受等效应力满足材料的最大屈服极限,变形量较小,可在实际工程中推广应用。     

地铁隧道附属广告设施的活塞风作用时变特性

为了预测地铁隧道内由活塞风效应引起的广告牌表面风荷载的时变特性,采用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）开展了活塞风三维非稳态流动模拟. 基于用户自定义函数（user-defined functions,UDF）定义了列车运行控制与动网格控制程序,搭建了精度更高的活塞风模拟方法,并结合以往的实验与仿真,验证了方法的合理性. 在此基础上根据实际隧道断面建立了全尺寸动网格模型,考虑了不同运行速度下由列车运动引起的流场变化,重点关注地铁隧道内不同位置广告牌表面的静压变化. 研究结果表明,列车经过广告牌时表面静压由正变负,速度增加时会导致广告牌表面的静压显著增大,对于80 km/h的工况静压幅值能超过500 Pa;对于部分以120 km/h运行的地铁,静压幅值超过1 kPa.      

新型高速列车隧道空气动力学模型实验系统

目前高速列车隧道空气动力学模型实验系统主要用于分析隧道内压力波的变化规律，难以对空气动力学效应进行完整的分析。针对这一局限性，从科特流(Couette)理论出发，提出了一种新型实验系统即旋转式高速列车-隧道模型实验系统，介绍了该系统的可行性、结构、实验原理及其特点。分析表明：该新型实验系统结构简单、功能完善、成本低、实验重复性好，适用于进行高速列车通过隧道时产生压力瞬变、微气压波、列车活塞风、行车阻力和气动噪声等一系列空气动力学实验，并能测量隧道内和列车隧道环形空间的气流速度场，对研究高速列车隧道空气动力学问题有重要意义。     

盾构隧道壁后注浆压力分布模型

为探讨盾构隧道壁后注浆压力在环形盾尾空隙中的传递过程,用旋转粘度计对硬性浆液的流变特性和流变参数进行了测定.试验结果显示,硬性浆液属于宾汉姆流体,其塑性粘度为1~4 Pa.s,动切力介于10~40 Pa之间.用宾汉姆流体描述硬性浆液的流变特性,导出了其注入盾尾空隙过程中注浆压力的传递公式,并用Soph ia隧道的监测结果验证了注浆压力分布模型的合理性.     

带疏散通道的高速铁路隧道内列车风分布特征

采用数值方法对高速列车在带疏散通道的隧道内列车风时程变化规律和空间分布特征进行了研究.结果表明,测点处列车风的风速在车头与车尾经过时变化较剧烈,隧道纵向列车风最大值出现在列车完全进入隧道后的时段,且车头、车尾附近的列车风以横向风为主.隧道内会车时,列车风的时程变化规律与单车运行情况下基本相同,由于列车风反向叠加,两车之间的列车风风速很小,且在在隧道内呈中心对称分布.近列车疏散通道内纵向列车风变化规律与隧道中线附近的列车风基本相似,而远列车侧疏散通道内纵向列车风风速变化相对缓和.     

磁悬浮列车穿越隧道引起的压力波传播规律研究

在对Fluent软件进行二次开发的基础上，对磁悬浮列车穿越隧道引起的压力波进行了三维数值模拟，得出了隧道内的压力波时程曲线。并将隧道内的压力波动情况与列车的运行情况相结合，对压力波在隧道内的传播规律进行了详细的分析和解释，这对磁悬浮铁路隧道的设计提供了理论基础。     

考虑渗流场作用下的富水隧道稳定性影响因素分析

以云南省某高速公路中段双龙富水隧道为工程背景,基于流固耦合分析理论,对富水隧道围岩稳定性影响因素进行了分析.考虑渗流场作用时,围岩级别、隧道埋深和地下水水位等因素对围岩稳定性的综合影响,得到了Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩应力应变、位移、塑性区和孔隙水压力分布等结果,探讨了隧道开挖渗流机制,并分析了富水隧道开挖后孔隙水压力的分布特点.研究结果直接指导了富水隧道防排水施工质量的改进与提高,为富水区隧道开挖设计提供了一定的理论参考.     

Study on Air Pollutant Concentration inside Railway Tunnels

This paper presents a one-dimensional unsteady flow model and a numerical procedure based on the model. Comparisons between the theory and full scale experiments in a railway tunnel show that the model is capable of produce precise predictions for piston wind and pollutant concentration in railway tunnels.     

地铁隧道活塞风成风影响因子分析

地铁列车在进站或驶离车站过程中产生的活塞效应及其活塞风与地铁通风和能耗关系密切。随着地铁的广泛应用,如何在保证满足站厅和站台层舒适度要求的前提下,尽可能的降低能耗,减少运行费用,是建设和管理部门必须考虑的问题。所以有关活塞风的合理利用对于实现地铁运营节能具有重要的理论价值和实际意义。从活塞风的成因出发,系统的研究了影响活塞风成风大小的因素,对影响活塞风成风的主要因素进行了SES单因素模拟试验,并指出活塞风成风因素的优化选择。这既是合理利用活塞风以实现进一步节能的有效途径,也为地铁设计和运营提供理论上的支持和技术上的参考。     

Scott-Hinsley回路法在公路隧道平导半横向式通风计算中的应用

将Scott-Hinsley回路法应用到平导半横向通风方式的解算中,以图论为基础,以风流运动的基本定律为依据,利用Gauss-Seidel迭代逐次求解回路修正风量,直到获得接近方程组真实解的渐进风量.针对公路隧道通风系统的特点在回路中考虑了交通风压的作用,并编制了相应的可视化解算程序.工程计算结果表明,Scott-Hinsley回路法能很好地解决平导半横向式通风计算问题,并可迅速、准确地实现横通道的风量和风阻的反复动态调节计算.     

高速铁路隧道压力波数值分析

本文根据一维、可压缩、不等熵非定常流体流动理论并利用特征线法发展了高速列车驶人隧道引起隧道内空气压力瞬变的数值模拟方法，并根据该方法初步探讨了喇叭口型隧道减缓压力波的效果。计算结果表明，该方法可作为我国高速铁路隧道设计参数选择的研究工具。隧道设置喇叭状洞口作为减缓压力波的措施是可行的。     

Wind Pressure Characteristics at Windward Side of Long-Span Cantilevered Roof by Wind Tunnel Test

A rigid mode of long-span cantilevered roof was tested in wind tunnel.By analyzing the relation between wind angle and wind pressure coefficient and the relation between wind angle and wind shape factor,we found that 90° is the most disadvantageous wind angle.Furthermore,the fluctuation of wind pressure at the windward edge was reflected by power spectrum density (PSD) and coherence function.The correlation coefficients of measuring points on outer and inner surfaces verifys that the largest lift force was produced at 90°.     

高速铁路隧道斜切式洞门研究

高速列车通过隧道时会在隧道内引起瞬变压力、在隧道出口形成微气压波．微气压波会对隧道出口的周边环境和周围建筑物造成危害,采用帽檐斜切式洞门可大大消减微气压波的影响．本文对斜切式洞门的结构型式、结构设计及斜切式洞门对微气压波的消减效果等进行了研究,可供类似工程参考．     

隧道结构对高速列车穿行过程气动特性的影响

以CRH2型高速列车穿行隧道过程的气动特性为研究对象,建立了列车模型及具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道计算模型,并与相同工况下的模型实验进行对比,验证了仿真模型的可行性.以kε-湍流模型为基础,对高速列车以不同速度进入具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道时的外流场进行了仿真模拟.分析了列车在进入隧道时压缩波的产生机理,得到了列车表面风口在车体进入隧道过程中的压力波动情况.仿真结果表明：隧道缓冲结构的缓冲性能按抛物线型、线性、不连续性的顺序依次减小;压力值随阻塞比增大而线性减小.由此提出了减小列车进入隧道时表面压力波动的方法.     

三角翼破裂涡流的非定常特性

为了研究飞机的三角翼前缘涡破裂后,破裂涡流的非定常特性,在风洞中进行了75°后掠三角翼的动态测压实验.实验结果表明:三角翼翼面的压力脉动强度变化和翼面上前缘涡的流态是正相关的,在前缘涡破裂迎角区,上翼面的压力脉动强度最高达到33 Pa,抖振强度随迎角的变化趋势与上翼面的压力脉动随迎角的变化趋势相同.通过对压力信号的分析得出,三角翼翼面上的压力脉动主要是由破裂涡流中的螺旋波引起的,螺旋波产生了三角翼机翼抖振.      

两列车在隧道中交会期间的压力瞬变的数值计算

以一维可压缩不稳定等熵流理论为基础提出了一个种适用范围较为广泛的计算会车期间压力瞬变的方法。建立了模拟会车期间流动的边界条件方程,提出了一种新的跟踪列车运动的网格系统。通过与实测的会一期间压力瞬变曲线对比,验证了本文中提出了的方法。并对会车期间的压力瞬变的特征进行了讨论和分析。