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。     

高速列车通过隧道时压力变化的数值模拟

采用三维粘性、不等熵、可压缩、非定常流的Navier Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对高速列车通过隧道时所引起的压力变化进行模拟。在模拟中同时考虑了列车速度、阻塞比、列车形状对隧道内压力的历时变化的影响,并将模拟结果与木川田一弥、森井宣的水槽实验结果和英国patchway隧道现场量测结果进行了比较,三者基本相吻合。实验及计算结果表明,隧道内产生的最大压力和列车速度、阻塞比等相关。     

高速列车穿越有竖井隧道时车头压力和微压波的三维数值模拟

本文采用三维标准κ-ε可压湍流模型及有限元体积法对高速列车穿越有竖井隧道时车头压力和微压波进行了数值模拟，并和实测数据进行了对比，其结果基本一致，同时具体分析了列车经过竖井时隧道流场的状态，为后续进行的竖井位置、个数、面积、高度对出口微压波影响的研究打下了基础．     

高速列车隧道会车压力波的数值分析方法

根据一维可压缩不等熵非定常流体流动理论和广义黎曼变量特征线法,提出了研究高速列车隧道会车压力波较完整的物理模型,并被广义黎曼变量特征线法应用于列车几何尺寸不同条件下的等速会车和混行会车的压力波计算,与国外代表性的现场实测和计算结果比较,本文结果有较高的计算精度,流动模型和计算方法正确可行。     

高速列车穿越有竖井隧道时车头压力和微压波的三维数值模拟

采用三维标准kε可压湍流模型及有限元体积法对高速列车穿越有竖井隧道时车头压力和微压波进行数值模拟,并和实测数据进行对比,其结果基本一致;同时,具体分析列车经过竖井时隧道流场的状态,为后续进行的竖井位置、个数、面积、高度对出口微压波影响的研究打下基础。     

高速列车通过隧道的三维数值模拟

通过有限体积法求解三维可压缩Navier Stokes方程,对高速列车突入隧道所引起的瞬变压力场进行数值模拟。采用低存储、低耗散和低弥散的龙格 库塔法(简称LDDRK法)对方程进行高精度的显式双时间步长离散,使用条件化预处理和人工压缩相结合的方法消除了低马赫数时在方程中所产生的"刚性",并改善了方程的收敛速度。采用分区重叠网格和滑移界面对流场进行离散,同时使用"挖洞技术"和三线性插值以进行各区域之间的信息传递,从而较好地解决了运动物体问题(单或多个运动物体均可)和各区域之间的藕合问题。     

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。     

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。     

高速列车通过隧道压力波特性试验研究

近年来,在多条高速线路上对各型高速列车进行了一系列隧道通过和隧道交会试验。现通过对这些空气动力学实车试验数据进行详细分析,获得了高速列车通过隧道和在隧道内交会过程中的压力波特性,以及压力波随列车长度、运行速度和隧道长度等影响因素变化的规律。     

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。     

高速列车模型风洞试验的模拟方法研究

通过对1∶20的一节半车编组的高速列车带路基轨道模型进行风洞试验研究,研究路基前端和两侧斜坡的结构与尺寸、车厢间隙和轮轨间隙对高速列车模型风洞试验结果的影响规律,获得满足高速列车模型风洞试验要求的模拟方式。研究结果表明:在高速列车模型风洞试验中,当模拟路基时,路基前端伸出车头的长度应不小于3倍的车身宽度,路基前端和两侧的斜坡坡度应不大于35°;当采用多车编组时,1∶20模型的相邻2节车厢间隙应不大于5 mm,车轮下表面与轨道上表面的间隙应不大于4 mm。     

高速铁路复线隧道内压力波特性的数值模拟研究

采用有限体积方法和任意滑移界面动网格技术的CFD方法,对我国高速列车和复线隧道条件下的压力波基本特性进行数值模拟研究。为避免数值计算产生不合理的物理现象,应用光滑启动技术。在验证本文数值方法正确性的基础上,采用三维非定常可压缩湍流流动模型方法,研究高速列车驶入单洞复线隧道时的压力波基本特征,揭示隧道内压力波的形成过程,得到不同断面上不同测点的压力变化及分布规律;研究结果表明:在初始压缩波三维效应的影响下,近隧道入口断面不同测点压力差异较大,且随着列车速度的增加,正压最大值也越大;在距离出口较近的断面上,当列车速度增加到一定范围,正压最大值反而减小;隧道衬砌上的正压最大值多出现在距离隧道入口较近处,而负压最大值则出现在隧道的中央断面上。     

开孔缓冲结构条件下的隧道单车压力波特征数值分析

在假定隧道内空气流通截面是时间和流动距离的二元函数条件下,根据一维可压缩非定常不等熵流动理论与广义黎曼变量特征线法,发展了高速列车通过设置开孔缓冲结构隧道的单车压力波计算方法,并进行开孔缓冲结构不同参数对初始压缩波强度和压力梯度的分析计算,揭示了开孔缓冲结构的空气动力学特征,对探讨减缓洞口微压波提供了一种分析方法。