高速鐵路隧道壓力波數(shù)值模擬研究.pdf

1、現(xiàn)代高速列車的設(shè)計速度和試驗速度分別達(dá)到了0.3和0.5馬赫。列車空氣動力學(xué)問題日益顯著，逐漸成為高速鐵路建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)問題和難點。當(dāng)列車高速進(jìn)入隧道時，車頭前方和車尾后方分別產(chǎn)生壓縮波和膨脹波。壓縮波和膨脹波在隧道內(nèi)以聲速傳播，并在隧道兩端反復(fù)反射，造成隧道內(nèi)、隧道表面、列車外表面和車內(nèi)壓力劇烈變化。該現(xiàn)象被業(yè)界稱為“瞬變壓力問題”，瞬變壓力關(guān)系到列車氣動力性能、列車和隧道結(jié)構(gòu)承載以及乘客壓力舒適度。當(dāng)壓縮波傳遞到隧道出口位置，少部

2、分能量以脈沖波的形式輻射到隧道外，形成爆破音，其強(qiáng)度正比于隧道內(nèi)壓力時間梯度。該現(xiàn)象被業(yè)界稱為“微壓波問題”。微壓波以次聲波的形式傳播很遠(yuǎn)，造成聲污染和建筑結(jié)構(gòu)振動。
　　各國學(xué)者對瞬變壓力和壓縮波壓力時間梯度開展了大量研究。先期的研究構(gòu)建了基于簡化模型的解析方法；為車外瞬變壓力向車內(nèi)傳遞規(guī)律設(shè)計了數(shù)學(xué)模型；設(shè)計了乘客舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)；對普通入口隧道產(chǎn)生的壓力波，提供了比較完備的影響因子分析和工程計算公式。但是對瞬變壓力問題，以及復(fù)

3、雜隧道入口，如斜切式洞門、斷面擴(kuò)大型不開孔和開孔緩沖結(jié)構(gòu)的氣動特性，仍然以個案研究居多，機(jī)理研究和規(guī)律研究還不充分。隨著列車速度不斷提高，個案研究遠(yuǎn)不能滿足工程建設(shè)需要。本文工作的主要目的在于對瞬變壓力和壓縮波壓力時間梯度開展系統(tǒng)的機(jī)理研究和規(guī)律研究。主要貢獻(xiàn)為：
　?。?）基于CFD商業(yè)軟件及其二次開發(fā)，設(shè)計高速列車隧道氣動效應(yīng)的數(shù)值計算平臺，提出了若干簡化模型及其適用范圍；通過誤差分析研究，建立了該數(shù)值模型的計算分辨率選取標(biāo)準(zhǔn)

4、。
　?。?）對斜切式洞門，斷面擴(kuò)大型不開孔和開孔緩沖結(jié)構(gòu)開展數(shù)值研究。分析、歸納了列車速度，列車偏心進(jìn)入隧道、列車/隧道截面積阻塞比、隧道洞門傾斜角、緩沖結(jié)構(gòu)長度、緩沖結(jié)構(gòu)截面積擴(kuò)大率、泄壓孔位置和開孔面積對壓縮波壓力時間梯度的影響規(guī)律；探討了優(yōu)化設(shè)計原理
　?。?）對瞬變壓力問題開展機(jī)理研究和參數(shù)研究。闡明了隧道表面和列車表面瞬變壓力形成機(jī)理；對乘客壓力舒適度問題進(jìn)行系統(tǒng)評價；分析、歸納了列車速度、列車/隧道截面積阻塞比