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铁路隧道列车活塞风特性分析及理论研究
| 论文题名： | 铁路隧道列车活塞风特性分析及理论研究 |
| 关键词： | 铁路隧道;活塞风;通风工程;空气动力学;形成机理 |
| 摘要： | 列车通过隧道产生的活塞风是隧道空气动力学现象之一,也是解决隧道通风,特别是单向长隧道运营通风问题的主要组成部分。论文从活塞风应用与研究的现状出发,对活塞风进行了全面系统的研究,为隧道通风工程合理、有效地考虑和利用活塞风提供了依据。 研究以列车作用区间为活塞风“压源”,利用流体力学基本理论和基本方程,根据不同流段的流动结构和作用原理,分析、论证了列车活塞风的形成机理;提出了活塞风压力计算的方法。理论研究结果充分反映了隧道、列车各主要作用条件对活塞风的影响;通过主要变数的动态分析,得出了活塞风的综合特性和变化规律。环隙流动是列车与气流之间实现功能转换的主要组成部分,根据管道湍流半经验理论和相关变换,建立了环隙流动的速度分布关系式,分析了流场的主要特征。 通过分析和论证,确定了活塞风研究的基本理论模型,即不可压缩流体的定常流动。提出了由头部推动力增压、尾部牵引力增压和环隙剪切力增压共同构成的活塞风压力的表达式。根据相对运动原理和基本方程,建立了头部和尾部增压的计算式,其增压与阻塞比α、流段的流动特性和头部绕流阻力系数有关。根据动量平衡原理和管道湍流半经验理论,建立了由动(列车)壁切应力和静(隧道)壁切应力构成的环隙均匀段的剪切力增压关系式,该增压与环隙几何特征、壁面阻力特性和环隙流动的速度分布特性有关。对于由动壁与静壁组成的环隙来说,始终存在着相对于静壁的压力流和动壁拖动的曵力流。在此基础上,提出了环隙流动可视为Poiseuille型湍流和Couette型湍流组合而成。同时,应用镜像原理和流动变换,建立了Couette型湍流的基本关系;应用管道湍流半经验理论和坐标变换方法,建立了环隙组合流动的速度分布关系式和特征速度的位置关系式。 参照国外隧道空气动力学进行实车试验研究的基本参数,利用本研究提供的方法进行活塞风计算,将计算结果与试验测量结果比较,吻合度较好,说明活塞风计算中相关理论研究和假定是合理的。根据流体力学原理和相似理论进行了以水为介质的模型试验,对活塞风速和活塞风压进行了测定。初步结果表明,这是一种简单而可靠的试验方法,将为活塞风的试验研究提供有益参考和借鉴。 |
| 作者： | 李炎 |
| 专业： | 环境工程 |
| 导师： | 高孟理 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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