高速模式下地铁隧道空气动力学效应断面优化分析

采用三维数值模拟方法和动网格技术对地铁列车以高速通过不同断面地铁隧道时的空气动力学效应进行了分析,得到了车体表面的压力变化情况,由车外压力换算得到了车内压力。参考美国地铁压力舒适度标准选取了最优断面;针对单体隧道和普通区间隧道2种情况,给出了时速100~140km/h时不同动态密封指数下,B型和A型地铁列车的隧道空气动力学效应断面优化取值,可供城市高速地铁隧道设计参考。     

高速列车以400km/h通过隧道时气动效应的数值模拟与分析

基于三维瞬态可压缩雷诺时均N-S方程及κ-ε两方程湍流模型,对8节编组长度的某高速动车组以400km/h高速通过70m~2单线隧道所产生的压力变化进行数值模拟研究。研究结果表明:列车以300km/h通过单线隧道时,隧道壁面压力的正峰值、负峰值和变化幅值的最大值均出现在隧道中部,单线隧道的三维效应并不明显;车体表面的正峰值和压力变化幅值的最大值均出现在鼻尖处,列车中部测点压力区别不大;列车提速到400km/h时,列车和隧道表面最大峰值压力可分别达到10.733kPa和4.675kPa。该研究结果可为分析隧道空气动力对车体、隧道衬砌及隧道内附属设施的影响提供参考。     

高速列车隧道压力舒适度及安全性研究

对比国内外高速列车压力舒适度标准,提出适用于200~250 km/h车速范围内列车的压力舒适度指标。基于一维流动理论,建立含车站及风井的隧道模型,针对不同的列车运行速度以及密封性指数,对车内的压力变化进行模拟分析,并考虑当列车密封性指标下降或不密封时,车内人员的压力安全性指标。     

高速地铁隧道压力波研究

根据地铁隧道结构,基于一维特征线理论,建立了含地铁区间隧道及竖井的隧道压力波计算模型。采用数值计算方法对地铁隧道压力波进行了研究,分析了列车运行速度、隧道横截面积、竖井横截面积及密封指数对车内压力变化的影响,根据压力变化的舒适度标准,给出了不同列车运行速度条件下高速地铁隧道设计参数的建议。     

时速350km高速列车进隧道过程#br# 中瞬变压力变化规律研究

采用数值方法完成CRH380A高速列车进隧道的过程模拟,控制方程为三维、可压缩、非定常流动N-S(Navier-Stokes)方程,采用有限体积法进行计算域离散,利用滑移网格技术模拟列车与周围环境的相对运动。瞬变压力变化计算结果与国内现场试验结果基本一致。研究结果表明：列车进隧道过程中,瞬变压力变化过程可分为三个阶段,即初始压缩波引起压力增长、空气摩阻力引起压力增长、车头经过导致压力突降阶段;沿隧道纵向、同一横断面上最大正负压力值出现在不同位置,入口和隧道内气动压力均表现出显著的三维效应;列车偏心入隧道,近隧道侧气动压力值较远隧道侧气动压力值大,列车受到横向气动力作用。     

高速铁路隧道内气动压力波的变形规律研究

通过理论分析及数值模拟方法,对高速列车进入隧道产生的压缩波的波形变化及衰减规律进行了研究。研究结果表明,压缩波在隧道内向前传播时,在隧道某一横断面上,距离列车越近的点其压力越大,越远则最大压力值则越小,但整体上各个点的最大压力值相差较小,基本上可以认为压缩波在隧道内向隧道出口方向传播时是以平面波的形式向前传播的。其次,在隧道纵向上,平面压缩波在隧道内向前传播时,其波形曲线发生变化,表现为波的最大压力峰值及波形曲线压力梯度发生变化。分析认为,由于隧道壁面、列车壁面的摩擦、空气的粘滞作用耗散了空气压缩波的能量,而板式道床及碎石道床能够,均可导致压缩波波前发生衰减,同时,压缩波向隧道前方传播时,由于波的非线性效应,导致压缩波的波前变陡,其主要影响因素是声波雷诺数。     

浅支坑对高速铁路隧道初始压缩波传播特性的影响

当高速列车车头驶入隧道瞬间产生压缩波,此压缩波沿着隧道传播到隧道出口会以脉冲波的形式辐射到周围环境,当能量足够大就会形成"微气压波",其大小与传播到隧道出口的压缩波变化率成正比。基于一维可压缩不等熵非定常流动的黎曼变量特征线法和基于声学传播原理浅支坑前后压力的关系式,进一步发展了设置有浅支坑的高速铁路板式轨道隧道洞内压缩波传播计算方法与程序,与国外计算结果进行比较,验证该方法的正确性。在此基础上,结合日本新干线隧道初始压缩波波形,在列车速度为200~400km/h、隧道长度为0~24km范围内,研究了隧道内设置浅支坑对初始压缩波传播特性的影响,得出浅支坑数目、布置位置和布置间距对出口压缩波的压力和压力变化率的影响特征,获得沿隧道长度方向上非线性和摩擦对压缩波传播的影响特点,确定不同车速对应的最不利隧道长度范围。     

高速铁路并联隧道间距对隧道内气动效应的影响研究

通过高速列车穿越带横通道高速铁路并联隧道时压力变化的三维非定常黏性流场数值模拟过程,研究了两条并联隧道的间距的变化对并联隧道及横通道内的压力变化的影响规律。计算结果表明:开启并联隧道横通道时能使列车运行隧道内的压力变化的最大值降低,同样也能够降低运行隧道内的压力梯度最大值,横通道长度的改变能够在一定程度上降低隧道内的最大压力峰值和压力梯度的大小。对于并联隧道来说,当横通道的长度在20~30m之间时,其降低隧道内的压力效果比较明显。其次,横通道内的压力变化与列车运行方式及列车会车位置有关,当列车单线运行时,横通道内的最大压力从靠近列车运行一侧向背离运行隧道一侧呈线性降低;当列车会车于横通道前一定距离时,横通道内的最大压力表现为两端高、中间低,当会车于横通道口位置时,横通道内的最大压力表现为两端低、中间高。上述研究成果对我国艰险困难山区长大高速铁路并行隧道间距及横通道安全门结构的设计提供一定的依据。     

城市地铁隧道中间风井处车箱内瞬变压力模拟分析

本文采用动网格技术及三维数值模拟方法模拟地铁列车通过中间风井处的车隧压力波动问题,分析了不同行车速度、不同密封性能条件下车内瞬变压力的变化规律,得出了在列车通过中间风井处是否采用土建工程措施以减低车内瞬变压力而达到人员舒适性的条件.本文研究成果可为城市地铁隧道环控系统设计提供参考.     

公铁合建越江隧道列车运动压力波数值模拟

本文采用CFD方法对地铁通过公铁合建越江隧道产生的压力波进行了数值模拟分析。基于国内某公铁合建越江隧道相关尺寸建立其下部地铁隧道三维几何模型,采用动网格方法模拟列车从驶入到驶出隧道的全过程。利用国外模型实验数据验证了本文数值模拟方法的可靠性,根据隧道内压力变化曲线,分析了由于列车通过隧道引起的压力变化规律。计算得到进入疏散通道防火门处的压力峰值,最大值1910Pa,最小值-1060Pa,与疏散通道内30~50Pa的正压有较大的压力差。