高速铁路站台列车风特性与人员安全性分析

采用数值模拟方法,对一CRH2型列车在高速铁路隧道以时速200 km运行时的环境进行了模拟,当列车经过站台时,对站台上的列车风的变化过程进行了分析,讨论了站台上列车风的分布特性,并确定了站台人员的安全避让距离.结果表明:紧贴列车壁的边界层风速梯度很大;列车尾部为风速最不利位置;为确保人员的安全,必要时应采取保护措施.     

高速铁路双线隧道列车风特性与人员安全性分析

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,以我国高速铁路普遍采用的100m2双线隧道为研究对象,对高速列车在隧道内运行时列车风的变化规律和分布特征进行了深入研究,计算隧道内两侧疏散通道上不同位置在列车运行过程中的最大风速,进一步分析在列车风作用下人员的安全性.研究表明:列车风是随时间和空间而变的复杂三维流动,人员应避免在危险时段活动,单车正常运行和存在列车事故时列车风均有可能对人员造成安全威胁,需采取相关措施避免事故发生.     

交通隧道火灾时车辆临界安全距离的研究

通过对隧道火灾中着火车辆与相邻车辆的受热过程分析，提出了隧道内相邻车辆火灾临界安全距离的概念，并以尤里卡(EUREKA)项目为背景对不同条件下相邻车辆火灾临界安全距离进行了研究．研究表明：火区上游车辆的临界安全距离与通风速度成反比，当通风速度达到临界风速时，火区上游的车辆只要保持正常的停车距离就能保证车辆安全；而火区下游车辆的临界安全距离与通风速度无关．     

大断面铁路交叉隧道爆破动力响应研究

依托新建京张草帽山隧道小净距下穿既有铁路隧道工程,基于有限差分法建立三维仿真模型,对大断面铁路交叉隧道爆破荷载作用下既有隧道衬砌振速分布规律及位移特征开展研究.数值计算结果表明:既有隧道衬砌振速自交叉点断面沿隧道轴向逐渐衰减,监测断面与交叉点断面距离超过0.5D时振速衰减速率显著加快,随着监测断面与交叉点断面距离的继续增加,衰减速率逐渐放缓;随着掌子面向交叉点推进,交叉断面衬砌振速最大点逐渐从边墙转移到隧底,同时迎爆侧与背爆侧振速相差倍数不断扩大.基于现场振动监测数据,研究交叉隧道爆破振动频谱特征,发现爆破振动频率主要分布于10～110 Hz的中低频段,在10～30Hz、40～80Hz范围内能量较为集中.     

利用大涡模拟研究地铁区间火灾的烟气扩散

为了对地铁区间发生火灾的危险性进行评估和分析,建立数学模型并运用大涡模拟方法对具有代表性的北京地铁环线积水潭—鼓楼区间隧道在列车发生火灾情况下的烟气扩散情况进行研究.通过数值模拟研究得到了隧道内排烟风机不同开启状态下不同高度的烟气质量浓度的分布、烟气在隧道内的水平扩散距离和水平扩散速度.另外,通过对临界风速的计算和隧道风速的模拟来验证积鼓区间隧道排烟风机抑制烟气扩散的效果.研究结果表明,所安装隧道排烟风机在5MW火灾场景下可以使内环隧道风速达到临界风速要求,能够控制逃生路线上的烟气层安全高度.模拟结果可以为地铁区间隧道的改造及人员疏散方案提供相关参考.     

高速列车过双线隧道气动效应及列车风特性

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNG κ-ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究。通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。研究表明:隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最大正压值及峰-峰压力变化幅值分别相差13.1%和7.3%,近隧道侧列车风纵向速度分量与合速度最大值分别为远隧道侧的2.1倍和1.9倍,列车偏心通过对列车周围气动压力影响不大,而对列车风影响非常显著;列车表面边界层对列车风纵向分量影响显著,对横向速度分量和垂向速度分量几乎无影响;隧道内列车后方产生交替出现的复杂尾涡结构,与明线时差别很大;隧道内列车风风速衰减较慢,持续时间更久。     

隧道断面形状对通风摩擦阻力损失的影响

通风阻力是影响隧道通风的重要因素,为研究隧道不同断面形状对隧道通风沿程阻力系数的影响,采用流体力学Fluent软件,对半圆拱形、三心圆拱形、直墙式以及矩形等不同断面形状的隧道进行模拟,对比分析了不同风速下摩擦阻力系数的变化规律.研究结果表明:隧道断面形式相同时,壁面的摩阻损失系数值随着风速的增加而减小;风速相同时,随着断面面积的增加,壁面的摩阻损失系数值逐渐减小.     

隧底溶洞对结构稳定影响的正交试验

依据正交试验原理,采用弹塑性有限元方法,运用MIDAS NX有限元软件,系统分析了溶洞大小、距离对隧道结构位移和轴力的影响,计算得出不同径跨比情况下位移和轴力随溶洞上壁距隧道底板的垂直距离变化规律和函数关系,从而确定各径跨比条件下隧底溶洞的非安全距离,并绘制隧道非安全距离包络图。结果表明:隧道各部位位移受径跨比影响显著;在径跨比一定的情况下,随着溶洞上壁距隧道底板垂直距离的增加,位移变化趋势符合对数函数规律;仰拱中心轴力受隧底溶洞影响较大且随垂直距离呈对数变化趋势;根据隧道结构竖向位移得出的隧底溶洞非安全距离较大,根据水平位移和轴力得出的非安全距离较小,出于安全考虑,应将竖向位移得出的隧底溶洞非安全距离作为溶洞处置的主要依据。     

超大断面公路隧道围岩变形及荷载释放率研究

超大断面隧道群多修建于山区,地质条件复杂且施工风险高、难度系数大,对其围岩变形及荷载释放率的研究可为此类工程的安全施工提供理论依据。文章依托济南绕城高速、京沪高速济南连接线龙鼎隧道工程,采用有限元数值仿真技术,分析了裂隙密集带对超大断面隧道围岩变形和塑性区分布的影响,研究了半步CD法施工隧道围岩空间荷载释放演化规律。结果表明:半步CD法施工超大断面Ⅳ级围岩隧道拱顶变形较大,但围岩位移在可控范围内;裂隙密集带对超大断面隧道围岩稳定性影响显著,其区域围岩塑性区和位移均处于最大状态;掌子面后方的较安全距离最小为5 m,而安全距离则应10 m。     

重载列车运行与地震力耦合作用下 交叉隧道动力响应分析

在地震频发区域修建的交叉隧道,重载列车运行时若遇地震力作用,其隧道结构的动力响应备受关注.论文建立了正交交叉隧道的三维有限差分模型,用激振函数模拟重载列车竖向振动荷载,并输入地震波,以研究重载列车运行与地震力耦合作用下隧道结构的动力响应规律.结果表明:在重载列车振动荷载作用下,上跨隧道振动加速度由大到小依次为隧底、拱脚、拱顶和拱腰,下穿隧道振动加速度由大到小依次为拱顶、拱腰、拱脚和隧底;在重载列车运行与地震力耦合作用下,上跨隧道振动加速度由大到小依次为隧底、拱顶、拱脚和拱腰,下穿隧道振动加速度由大到小依次为拱顶、拱腰、拱脚和隧底;重载列车运行与地震力耦合作用下相比仅受重载列车运行条件作用时,交叉隧道结构动力响应相对更为显著.     

Study on the critical diameter of the subway tunnel based on the pressure variation

When the subway train operates at a speed higher than 100 km/h,the corresponding aerodynamic issue becomes severe.To meet the future requirement for the speedup of subway trains,a research on the critical diameters of the subway tunnel for trains operating at 120 and 140 km/h has been performed based on passengers’aural discomfort caused by rail tunnel pressure variation.A three-dimensional computational fluid dynamic approach has been adopted for analysis.Meanwhile,trains with different airtight indices are considered and the pressure variations inside and outside the trains are both under investigation.Based on the corresponding criteria for different airtight indices,critical tunnel diameters for trains running at different speeds have been determined.This study would aid in the tunnel section design for future high-speed subway trains.     

大坡度隧道临界风速的数值模拟和实验研究

为解决坡度隧道临界风速存在的争议,以城市交通隧道的典型坡度构成为研究对象,通过数值模拟和搭建1∶8的坡度隧道模型实验台,对火灾工况中车辆沿坡度下行时的临界风速进行了研究,并与现有的较有影响力的2个临界风速模型"Kennedy模型和WuBakar模型的计算值进行了对比.研究结果表明:车辆沿坡度下行时,控制烟气回流所需的临界风速大于相同火灾场景中平直隧道的临界风速,且随着隧道坡度的增加,车辆沿坡度下行时的临界风速逐渐增大.综合数值模拟和模型实验的研究成果,对现有多数规范中推荐使用的Kennedy临界风速模型中的坡度修正系数进行了修正,得到了新的坡度修正系数.当隧道坡度在5%以上时,建议使用WuBakar临界风速模型进行烟气控制系统设计.     

Numerical simulation of airflow distribution in mine tunnels

Based on 3D modelling of typical tunnels in mines, the airflow distribution in a three-center arch-section tunnel is investigated and the influence of air velocity and cross section on airflow distribution in tunnels is studied. The average velocity points were analyzed quantitatively. The results show that the airflow pattern is similar for the three-center arch section under different ventilation velocities and cross sectional areas. The shape of the tunnel cross section and wall are the critical factors influencing the airflow pattern. The average velocity points are mainly close to the tunnel wall. Characteristic equations are developed to describe the average velocity distribution, and provide a theoretical basis for accurately measuring the average velocity in mine tunnels.     

坡度对隧道拱顶烟气最高温度影响的数值模拟与实验研究

为研究坡度及隧道通风状况对城市隧道拱顶最高温度的影响,本文通过数值模拟和实验研究等手段,对0~3 m/s纵向通风风速下,坡度为0~±5%的城市地下隧道内拱顶最高温度的分布进行了研究;通过数值模拟和实验研究验证了无坡度时、Kurioka隧道顶棚最高温度理论模型,同时提出了坡度存在时该模型的修正模型.     

直流式低速风洞流动特性研究

针对新建的东北电力大学直流式低速风洞,介绍了其流场品质的测试方法和测试数据分析.包括:实验段风速、气流稳定性、流场均匀性、气流偏角、紊流度等五项,给出了测量的数值结果和相关参数的分布曲线,并确定了风机工作频率与气体流速之间的关系.     

喇叭型隧道入口的空气动力学特性的试验研究

为了研究高速列车进入隧道时在隧道内所产生的压力波和向外辐射出去的微压波的规律,开发了一套以压缩空气作为动力来驱动列车模型的缩尺模型试验装置。通过模型试验系统对高速列车突入带喇叭型入口隧道产生的复杂压力场进行模拟,通过分析模型试验结果中的压力及压力梯度曲线所表现的规律,对喇叭型入口削减隧道入口处的最大压力和最大梯度值的效果进行了研究,结果表明:喇叭型隧道入口能够有效地减小压缩波和微压波的影响,其削减效果依赖于入口长度。     

西北工业大学直流式低湍流度风洞设计中的几个关键问题

本文主要阐述西北工业大学直流式低湍流度风洞设计中的几个关键问题,如大收缩比、多层网、低噪声风扇以及抑制风扇噪声上传的一些措施.这座风洞的最低湍流度为0.01％～0.02％.这一湍流度已达到了国际上回流式低湍流度风洞的最高水平.通常直流式风洞由于进气及环境噪声的影响较回流式风洞为大,且风扇噪声的影响亦较大,故其湍流度常较回流式风洞大.西北工业大学的直流式低湍流度风洞由于在设计中对于降湍、减噪作了综合处理,故其湍流度达到了回流式风洞的最高水平.本文主要阐述西工大低湍流度风洞设计中的几个关键问题.     

高速列车进入隧道产生压缩波的实验研究

高速列车进出隧道时会产生一系列空气动力学效应,引起噪声及车厢内压力的变化.实验测试是研究这一问题的有效方法之一.利用高速列车空气动力学模型实验系统对高速列车在进入隧道过程中瞬变压力的传播规律进行研究,并分析了列车速度以及阻塞比对测试结果的影响,得出的结论对以后的研究具有一定的参考和借鉴.     

高速列车进入隧道产生压缩波的实验研究

高速列车进出隧道时会产生一系列空气动力学效应,引起噪声及车厢内压力的变化.实验测试是研究这一问题的有效方法之一.利用高速列车空气动力学模型实验系统对高速列车在进入隧道过程中瞬变压力的传播规律进行研究,并分析了列车速度以及阻塞比对测试结果的影响,得出的结论对以后的研究具有一定的参考和借鉴.     

低温风洞绝热系统的研究现状及其关键技术

为保持低温风洞的内部环境温度,提高试验效率,基于低温风洞运行的特殊工况,讨论多种低温绝热方式在低温风洞中应用的可行性,总结了目前小尺寸研究型低温风洞绝热系统的研究现状,对比分析外绝热、冷箱、内绝热以及内外绝热组合等4种绝热结构的优缺点.对低温风洞内绝热系统的关键技术点——设计技术、低温流-固-热多场耦合分析技术及试验技术进行了阐述分析,并对大型低温风洞内绝热系统设计和建设过程中需要重点开展的工作进行了展望.