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。     

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。     

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。     

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。     

高速磁浮单线隧道车体压力载荷特征

高速磁浮列车通过隧道过程中将引起剧烈的压力波动,造成司乘人员耳感舒适性、车体及其零部件、隧道衬砌及辅助设施的气动疲劳寿命问题,有必要对磁浮列车高速通过隧道时压力波效应进行研究。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法对单列车通过隧道时车体压力载荷进行数值模拟研究,初步揭示隧道长度、列车速度、阻塞比对车外压力波的影响规律;得出时速500~600 km/h速度下基于最大正负值和最大压力峰峰值的最不利隧道长度;论证了列车通过隧道产生的压力波幅值与列车速度平方成正比的适用范围,总结了压力最值与速度的拟合关系式。本文研究方法和结果可为车体设计选用气动载荷提供参考依据。     

400 km/h动车组车体压力载荷列车参数影响特征研究

由于空气可压缩性和隧道壁面的限制,列车高速驶入隧道产生的压力波动以近似当地声速的速度在隧道内传播并发生反射,形成了隧道内复杂的压力环境,给列车带来如气动阻力增大、车内人员的耳感不适性等不利影响,甚至会造成侧窗玻璃破裂,车体结构疲劳破坏等.随着列车速度的不断提高,列车能耗、人员舒适性等问题要求的提高,高速列车进入隧道的空...     

高速动车组被动式压力保护系统舒适性测试与优化

针对“复兴号”动车组在经过部分隧道多、海拔落差大的路线时出现乘客耳鸣及车体变形等问题，对西成线在线运营的“复兴号”动车组进行了实车跟踪测试，测试结果与理论分析结果一致，即当高速列车连续穿越海拔变化的隧道群时，为了保证车内压力处于相对稳定状态，压力保护阀长时间处于关闭状态。当列车驶出隧道后，因海拔高度和连续隧道的综合影响，车厢内外压差较大，若此时压力保护阀强制开启，列车内外压力在短时间内会迅速达到平衡，从而导致车内压力变化剧烈。文章采用数据分析的方法对被动式压力保护系统的开闭阀、强制开阀逻辑进行了优化，并通过增加泄压模式来降低车内外压差。经测试，优化后的车内1 s、3 s、10 s和60 s的最大压力变化率分别降低了68%、80%、83%和59%,远低于车内压力控制标准，人体感受较好，提高了乘客的乘坐舒适性和列车的运行安全性。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

计算高速列车车内压力的热力学模型

运用热力学基础知识，建立了一种计算高速列车通过隧道时车内压力变化的热力学模型，它采用当量漏气面积表示车辆气密性，具有物理意义明确的特点。在相同的计算条件下，将其与现有能够计算车内压力的2种模型——经验模型和流动模型进行了车内压力计算的对比分析，结果表明热力学模型用于高速列车车内压力计算是可行的。     

时速160 km、200 km列车通过隧道时产生的压力波研究

采用一维、可压缩、非定常流动理论及特征线法发展了准高速、高速列车通过隧道时引起压力波动的数值模拟方法，据此研究列车通过单线隧道和两列车在双线隧道内相会时压力波的变化规律，根据舒适度判据，得出合适的单线和双线隧道断面积，供新线隧道断面设计参考。     

横通道对缓解隧道瞬变压力的研究

利用三维、可压缩、非定常的N-S方程和k-ε双方程湍流模型,采用有限体积法对两单线隧道之间的横通道缓解隧道内瞬变压力的影响进行了数值模拟,得到了当高速列车通过有无横通道的隧道时隧道壁面及车体表面测点的瞬变压力时间历程及其变化幅值。计算结果表明:(1)设置横通道可以有效缓解高速列车通过隧道时引起的瞬变压力;对于靠近横通道位置处的隧道壁面测点,横通道的设置可以使其压力变化幅值降低37%左右,同时可使车体表面测点的瞬变压力幅值降低30%多;(2)相同截面面积、不同截面形状的横通道,缓解效果基本相同;(3)针对参数确定的隧道,存在最佳横通道截面积值,使其缓解隧道内瞬变压力的效果最佳。     

高速列车表面脉动压力流致振动响应研究

为研究高速列车表面脉动压力对车内噪声的影响原理,通过小波阈值去噪与相关性系数相结合的方法,提取某线路实测车厢外壁气压信号,得到脉动压力值;采用有限元方法建立中间车体结构、流场以及"结构-流场"流致振动耦合模型,分析耦合系统模态频率,并将提取的脉动压力对耦合模型进行冲击加载,分析车体结构位移及车内气压变化情况。结果表明,车窗处振动位移最大,车体结构振动位移与车体结构固有特性以及加载压力频谱特性有关;车内气压级主要集中在100 Hz以下的中低频段,车体两侧气压比车内中部气压大,靠近车壁处气压更易受车体结构模态影响,车内气压级、耦合系统模态频率与车体振动位移特性有关。     

高速列车通过隧道时诱发车厢内压力波动的数值分析

在假定列车车体为均匀多孔车体的基础上,根据一维可压缩非定常不等熵流动理论与广义黎曼特征线法,研制了高速列车通过隧道过程中诱发车厢内外空气瞬变压力耦合的计算方法和计算程序。其中,基于热力学第一定律的“充排法”建立了车厢内压力波动的计算方法,并成功地将该方法推广应用于隧道内会车条件下车厢内压力的计算分析中。通过与国外试验数据的验证表明了本文计算方法与程序的正确性,为准确合理地计算高速列车通过隧道时诱发车厢内瞬变压力提供了可靠的分析工具。     

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。