原文传递
高速铁路隧道压力波数值模拟研究
| 论文题名： | 高速铁路隧道压力波数值模拟研究 |
| 关键词： | 高速列车隧道;压缩波;时间梯度;气动效应;数值模拟 |
| 摘要： | 现代高速列车的设计速度和试验速度分别达到了0.3和0.5马赫。列车空气动力学问题日益显著，逐渐成为高速铁路建设中的关键技术问题和难点。当列车高速进入隧道时，车头前方和车尾后方分别产生压缩波和膨胀波。压缩波和膨胀波在隧道内以声速传播，并在隧道两端反复反射，造成隧道内、隧道表面、列车外表面和车内压力剧烈变化。该现象被业界称为“瞬变压力问题”，瞬变压力关系到列车气动力性能、列车和隧道结构承载以及乘客压力舒适度。当压缩波传递到隧道出口位置，少部分能量以脉冲波的形式辐射到隧道外，形成爆破音，其强度正比于隧道内压力时间梯度。该现象被业界称为“微压波问题”。微压波以次声波的形式传播很远，造成声污染和建筑结构振动。 各国学者对瞬变压力和压缩波压力时间梯度开展了大量研究。先期的研究构建了基于简化模型的解析方法；为车外瞬变压力向车内传递规律设计了数学模型；设计了乘客舒适度评价标准；对普通入口隧道产生的压力波，提供了比较完备的影响因子分析和工程计算公式。但是对瞬变压力问题，以及复杂隧道入口，如斜切式洞门、断面扩大型不开孔和开孔缓冲结构的气动特性，仍然以个案研究居多，机理研究和规律研究还不充分。随着列车速度不断提高，个案研究远不能满足工程建设需要。本文工作的主要目的在于对瞬变压力和压缩波压力时间梯度开展系统的机理研究和规律研究。主要贡献为： （1）基于CFD商业软件及其二次开发，设计高速列车隧道气动效应的数值计算平台，提出了若干简化模型及其适用范围；通过误差分析研究，建立了该数值模型的计算分辨率选取标准。 （2）对斜切式洞门，断面扩大型不开孔和开孔缓冲结构开展数值研究。分析、归纳了列车速度，列车偏心进入隧道、列车/隧道截面积阻塞比、隧道洞门倾斜角、缓冲结构长度、缓冲结构截面积扩大率、泄压孔位置和开孔面积对压缩波压力时间梯度的影响规律；探讨了优化设计原理 （3）对瞬变压力问题开展机理研究和参数研究。阐明了隧道表面和列车表面瞬变压力形成机理；对乘客压力舒适度问题进行系统评价；分析、归纳了列车速度、列车/隧道截面积阻塞比、列车长度、隧道长度、以及列车密封指数对车内瞬变压力的影响规律。 |
| 作者： | 向新桃 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 薛雷平 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
