风阀对地铁隧道压力的影响研究

随着地铁列车速度的提高,列车运行引起的空气动力学效应对站台屏蔽门、各类风井内风道等的安全影响越来越大。针对广州地铁多条线路,采用现场试验方法,对地铁风道不同位置的壁面压力进行了现场测试,得到了地铁车站站端及区间中间风井不同风阀前后测点的动态压力变化,并通过对比分析,研究了风阀对地铁风道内压力幅值的影响。现场测试结果表明:当列车速度为80km/h时,每道风阀的阻力作用会将风道内最大正压降低10～40Pa,最大负压降低10～60Pa;联通风阀开启会将轨行区和活塞风道内的最大正压降低10～30Pa,最大负压降低30～40Pa。     

城市轨道交通活塞风井设计研究综述

城市轨道交通作为一种“绿色交通”现正在全国范围内大力兴建。列车在运行过程中形成的活塞风将对车站和区间隧道的流场、温度场和浓度场等造成一定的影响。在屏蔽门系统中如何充分发挥活塞风“自然通风”的功效,同时降低其对车站环控系统的不利影响是广大地铁研究者普遍关心的问题。对活塞风的形成机理及其影响、不同活塞风井形式设计方案的研究现状进行了综述,分析了现有研究中的不足,并给出了后续研究的建议。     

地铁列车活塞效应对车站排热风量的影响

为排除列车与铁轨的部分摩擦热和列车空调冷凝热,从而保证隧道内部空气温度和隧道土壤温度维持在正常水平,在地铁车站中往往装有排热装置和活塞风井有效进行通风换气。受隧道壁的限制作用,列车运动会产生活塞效应,活塞效应引起的隧道内部空气速度场和压力场的变化对车站机械排风和自然排风影响很大。本文以某车站为研究对象,运用CFD动网格技术,模拟列车减速进站-靠站-加速离站三个连续工况,分析列车活塞效应对活塞风井通风量和车站机械排风的影响,希望对地铁隧道排热系统的设计提供理论依据。     

地铁活塞风道风速及变化规律试验研究

列车在隧道内运行产生的活塞风随列车运行呈现有规律的周期性变化,由于目前列车运行速度高且行车密度高,活塞风对隧道内设备及活塞风道内的设备产生长期的作用,可带来不可忽视的安全问题。以广州地铁某站及某中间风井为研究对象,对地铁风道内的风速进行了现场测试,得到了地铁站及区间风井风道内的风速变化规律。结果表明:该站出站端活塞风道内的正、负风速最大幅值均低于进站端;相比于车站进出站端活塞风井,中间风井内风道的风速更高,最大正风速为5.7m/s,最大负风速为7m/s;区间左右线中间风井活塞风道内风速变化周期和变化规律一致,但风速幅值差别较大。     

横风下高速列车突入隧道瞬变压力及列车风

针对高速列车在横风下突入隧道的普遍情形,考虑空气的非定常、可压缩湍流特性,建立列车-隧道-横风三维数值模型,对比研究有无横风条件下列车突入过程中隧道内的瞬变压力变化规律和列车风特性。通过将数值计算结果与现场实测数据进行对比,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:与无横风情况相比,列车在横风中高速驶入时隧道入口周围的瞬变压力和列车风发生明显变化;在尾车完全驶入前,横风对背风侧气动压力的影响程度比迎风侧的大,其中头车突入时对隧道入口气动压力的影响最为显著;横风对隧道内气动压力和列车风的影响范围有限,当横风速度为24.4 m/s时,隧道内受影响距离为50 m;头车突入隧道时,横风对列车背风侧列车风的影响较大,而尾车完全驶入时,横风对列车迎风侧的列车风的影响比较严重。横风效应是列车背风侧气动压力和气流速度大幅波动的根本原因。     

地铁可调通风型站台门过渡季节自然通风性能测试

可调通风型站台门是一种区别于传统结构的新型的屏蔽门,门上装有可开启和调节角度的风阀,空调季运行时关闭风阀,车站和隧道空气不相通,过渡季节时开启风阀利用活塞风对车站进行自然通风。目前针对该新型屏蔽门实际的通风性能数据缺乏,因此对设置可调通风型站台门的地铁车站在过渡季节的通风性能进行了测试,测试参数包括对通过可调通风型站台门的风量、地铁车站出入口风量以及车站的CO2浓度和温度。测试分析表明,依靠列车活塞效应引起的通风量能够满足过渡季节车站风量的设计要求,因此过渡季节可以关闭车站风机,减少风机能耗。     

北方地区屏蔽门系统单活塞风道方案可行性研究

经过模拟计算研究,得出可以在北方地区城市地铁设置屏蔽门系统地下车站隧道通风系统的设计方案中设置单活塞风井方案的重要结论,并在天津、北京地铁部分项目中得到应用,从而节省地铁造价、节约风亭用地。     

联络线对地铁通风与热环境的影响

建立了西安地铁两条运营线路的SES模型,对联络线连通前、后隧道风量、活塞风井风量以及隧道空气温度的变化进行了计算分析,结果表明:隧道风量最多变化了57.75m~3/s;风量变化最大的活塞风井排风量增加了33.59m~3/s,进风量减少了22.61m~3/s;隧道空气温度最多上升了0.67℃。以上变化最大值均出现在联络线前后两个车站范围以内。     

列车通过铁路隧道时的数值模拟分析

采用Gambit软件建立隧道列车模型,并利用Flunetl7.0软件设置了相应的活塞风二维动网格模型,模拟了列车在不同车速下经过铁路隧道时,隧道内部速度场和压力场的动态变化规律.研究结果表明:随着列车经过隧道时速度的增大,所产生的活塞风的风速也就越大;当列车经过监测点的速度越大时,活塞风的风速突降的程度也就越大;列车头...     

地铁水平活塞风阀速度场特性实测研究

通过对不同工况下车站两端水平活塞风阀速度场的实测研究,得到进站端和出站端水平活塞风阀风速值分别呈现3个和2个典型变化阶段,定量分析了各阶段风速持续时间和换气体积特点.对比分析得到出站端水平活塞风阀的风速持续时间和速度特征值均高于进站端水平活塞风阀,双风井同时开启工况风阀处换气体积最大,区间通风效果最佳,其次为单独开启出站端活塞风井的工况.     

地铁水平活塞风阀速度场特性实测研究

通过对不同工况下车站两端水平活塞风阀速度场的实测研究,得到进站端和出站端水平活塞风阀风速值分别呈现3个和2个典型变化阶段,定量分析了各阶段风速持续时间和换气体积特点。对比分析得到出站端水平活塞风阀的风速持续时间和速度特征值均高于进站端水平活塞风阀,双风井同时开启工况风阀处换气体积最大,区间通风效果最佳,其次为单独开启出站端活塞风井的工况。     

隧道压力波模拟加载系统遗忘开闭环高阶控制

为研究高速列车通过隧道时产生的压力波对车体气密性和车内压力舒适度的影响,建立隧道压力波模拟加载系统。该系统具有非线性、多扰动、多容耦合以及加载的压力波幅值大和变化剧烈等特点,带来控制速度和精度上的难度。为准确模拟加载隧道压力波,采用遗忘开闭环高阶迭代学习控制算法进行控制,利用AMESim和Simulink联合仿真平台进行控制仿真,并对比几种不同学习律的控制效果。仿真结果表明:遗忘开闭环高阶学习律在第7个周期时,压力控制最大误差绝对值已降低到0.358 2 kPa,相对于开环PID和遗忘因子开环PID型学习律的1.23 kPa和0.946 2 kPa,分别减少70.87%和62.14%,该算法可增加系统稳定性,使得隧道压力波的加载更加快速准确。     

线间距对高速列车隧道内交会压力波影响的数值模拟研究EI北大核心CSCD

基于三维、非定常、可压缩流动的雷诺平均N-S方程和SST k-ω湍流模型,采用重叠网格技术,研究在250 km/h、350 km/h、400 km/h等速交会下线间距(4.6 m、4.8 m以及5.0 m)对隧道内交会压力波的影响。鉴于交会压力波的危害,从车体压力最值、车体两侧压差、"头尾波"现象三方面来进行阐述。研究结果表明:车体两侧压差时间历程曲线形状和明线交会压力波时间历程曲线形状相似,在通过列车的车头和车尾经过监控点时,压差值分别产生先正后负和先负后正的脉冲波,车尾通过时产生的压差明显比车头经过时低;"头波"幅值大约为"尾波"幅值的两倍;车厢交会侧监控点的最大正压值、最大负压值、最大压力峰峰值、车体两侧压差幅值和"头尾波"幅值均与线间距成负指数关系。     

高铁地下站内气流流动对空调系统的影响研究

高铁地下车站埋深较深,站内空调系统受持续作用的热压风和列车经过时的活塞风影响。采用三维CFD数值模拟计算方法,研究了京张高铁八达岭长城地下站在冬夏季仅热压风、热压风和活塞风共同作用下车站热环境和空调系统负荷的变化。结果表明：在夏季,仅热压风作用时,热压风从室外流入车站,对进站厅热环境和空调系统影响大,每小时进站厅和候车厅空调系统负荷分别增加13.4%和3.7%;热压风和活塞风共同作用下,进站厅和候车厅空调系统负荷分别增加12.0%和3.3%。在冬季,仅热压风作用时,热压风从隧道流入车站,对候车厅热环境和空调系统影响大,进站厅和候车厅空调系统负荷分别增加4.4%和14.3%;热压风和活塞风共同作用下,进站厅和候车厅空调系统负荷分别增加4.0%和12.8%。研究成果可为高铁地下车站空调系统设计和控制提供技术参考。     

基于联络通道缓解高速列车在长大隧道的压力波波动

为了减缓高速列车通过隧道引起的压力波动对列车运行的影响,基于列车空气动力学研究了高速列车通过带有联络通道的隧道时的压力波特性。建立了3节编组高速列车数值仿真计算模型,基于三维、非定常、可压缩Navier-Stokes方程以及k-ε两方程湍流模型和滑移网格技术,数值模拟了高速列车通过联络通道隧道的气动特性,主要考虑设置联络通道后,联络通道面积、列车运行速度和不同通道间距对隧道压力波动的影响。研究结果表明:列车通过设有联络通道的隧道相比于无联络通道隧道的气动特性得到明显改善;通道对初始压力上升与下降抑制效果更加明显,对膨胀波的抑制更为突出;列车运行速度越高,通道面积越大,压力波回落越明显;联络通道的设置使压力波波形呈现局部锯齿状。提出了列车通过隧道时压力峰值的快速计算公式。     

高速列车过车站受电弓气动冲击载荷研究

采用数值计算方法对2车编组的CRH1型高速列车以不同速度通过车站和于车站内交会进行了模拟,研究了DSA型受电弓升力变化及运行状态(闭口和开口)和屏蔽门对受电弓升力的影响。研究表明,列车进、出车站过程受电弓升力波动显著。单车以闭口和开口状态下过车站时,均为弓头和上框架升力变化最大,受电弓运行状态不改变弓头升力变化幅值与车速幂次方呈线性关系,且开口状态下弓头升力变化大于闭口状态,屏蔽门对受电弓升力影响有限。列车在站内交会时,受电弓运行状态显著改变了受电弓各部件升力变化及其随车速变化规律,屏蔽门对交会工况的影响比单车工况显著;车站内交会位置对受电弓升力变化基本无影响;不等速交会对受电弓变化影响明显。     

高速列车隧道压力波模拟系统仿真控制研究

高速列车在隧道中运行、交会时,车体表面将形成复杂的膨胀波和压缩波,引起车体变形,影响行车安全。车外压力波通过车体传入车内引起车内空气压力的波动,影响乘车舒适度。使用实测的隧道压力波为期望波形,采用AMESIM与Matlab构建联合仿真的模式来设计高速列车隧道压力波模拟控制系统。针对模拟系统大容量、大滞后及强非线性特点,采用迭代学习控制算法来实现隧道压力波的重建。仿真验证表明:迭代学习控制算法的控制误差比常规算法小,控制效果较理想。     

地铁环境内的通风效率对室内空气品质的影响

维持地铁环境中的空气清洁对乘客来说是非常重要的。尽管地铁站的屏蔽门（PSD）可以很好地改善地铁站内空气品质,但地铁隧道内的空气品质却仍然很差,隧道内CO2浓度和颗粒物（PM）值均较高。增加列车运行的频率和数量,均会导致地铁环境内的空气品质变差。因此,为获得更好的空气质量,地铁隧道的通风系统需要进一步改进。数值分析是一种有效的方法,可用来分析地铁双轨隧道通风系统的性能。本文对位于韩国首尔的地铁双轨隧道系统进行了数值模拟,采用ANSYS CFX软件对列车正常运行时隧道内的气流进行了非定常计算。分别针对一辆列车在隧道里运行,或者两辆列车同时运行时,对隧道内的气流进行了模拟研究。当所有的竖井用于自然通风时,分析了隧道里的活塞效应。结果表明,竖井送风对隧道内污染气体稀释以后,通过机械通风井排出;当双轨隧道内仅有一辆列车运行时,供气量和排气量是平衡的;当同时有两辆列车相向运行时,隧道内的污染空气浓度很高,且竖井里没有电力供应时,所有的竖井用于自然通风。车站门被打开时,停留在隧道内的污染空气就会进入车站站台。     

惯性管内部交变流动的数值计算与分析

介绍了针对脉冲管制冷机中惯性管内部交变流动的数值计算方法。借助这个方法,计算得到了惯性管内动态压力波、质量流量、质量流量与压力波的相位差等流动参数,分析了这些参数受惯性管入口动态压力波幅值和频率的影响。计算结果验证了在惯性管中存在动态压力波幅值最小的点,进一步发现了该点的位置受入口动态压力波幅值影响较小,受频率影响较大。并且在该点前后,惯性管中质量流量与压力波的相位差沿着惯性管轴向的变化呈现出不同的趋势。     

地铁车站通风空调系统优化设计探讨

以缩小地铁车站规模、减少工程投资为出发点,在满足地铁车站通风空调系统基本功能的前提下,通过对地铁隧道通风系统和空调水系统遇到的设计问题进行总结,提出优化设计方案供设计参考。隧道通风系统可通过设置单活塞风井来压缩车站规模,减少活塞风亭对车站周围环境的影响。同时特殊区段的隧道通风系统,可在充分了解地铁隧道通风系统原理的基础上优化系统设计,降低车站土建规模、避免对重要场合周围建筑景观的影响。地铁车站空调水系统可以选择设置集中冷站和采用新型制冷设备等方式来减小冷水机房的面积。