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400km/h高速铁路隧道缓冲结构形式及参数研究
| 论文题名： | 400km/h高速铁路隧道缓冲结构形式及参数研究 |
| 关键词： | 高速铁路;隧道缓冲结构;数值模拟;初始压缩波;正交试验 |
| 摘要： | 高速列车驶入隧道时存在空气压缩效应，致使隧道入口处形成初始压缩波，该压缩波以当地声速向前传播，在隧道出口释放形成微气压波。微气压波形成时伴随着强烈的爆破音，给沿线附近居民带来噪声污染，严重时会造成周围铁路设施的破坏。随着列车运行速度的不断提高，隧道微气压波日渐成为限制高速铁路发展的突出问题，为此，很有必要对微气压波的形成过程及其缓解措施开展相关研究。本文基于三维可压缩非定常空气流动理论，数值模拟了高速列车以400km/h的速度驶入隧道的过程，分析了初始压缩波在无缓冲结构和有缓冲结构隧道内的基本特征，开展了缓冲结构断面形式及结构参数对初始压缩波的影响研究，综合分析得到了双线隧道缓冲结构的最佳形式及参数。论文主要开展的工作如下： （1）基于国内速度可达400km/h的某高速列车，建立了列车过隧道的气动模型，采用雷诺时均模拟方法中的SSTk-ω湍流模型，结合有限体积法和重叠网格方法，模拟计算了不同速度高速列车驶入隧道时初始压缩波的最大压力值和最大压力梯度值，并通过与经验公式计算结果对比，验证了气动模型及计算方法的准确性。 （2）为探究缓冲结构对初始压缩波基本特征的影响，通过数值模拟高速列车驶入无缓冲结构隧道以及分别设置圆形和矩形扩大断面开孔缓冲结构隧道的过程，对初始压缩波的产生及传播、波形变化、空间分布等基本特征进行分析，结果表明，缓冲结构的扩大断面机制延长了压力的上升时间，开孔机制存在泄压作用，两种机制共同作用减缓了初始压缩波效应；初始压缩波形成初期具有三维特性，距离列车及地面越近，初始压缩波效应越明显；缓冲结构圆形断面减缓效果优于矩形断面。 （3）通过数值计算不同长度、截面积及开孔率缓冲结构隧道内初始压缩波的最大压力值和最大压力梯度值，得出缓冲结构参数单因素变化时的影响规律，以此构建正交试验的计算方案并进行数值计算，对计算结果进行非线性回归分析和响应面分析，分析各因素对最大压力值和最大压力梯度值的交互影响，结果表明，缓冲结构对最大压力梯度值有明显影响，对最大压力值的影响并不明显；使最大压力梯度有效降低的长度不应小于21.6m，截面积不应小于200m2，开孔率不应大于24%；400km/h双线隧道缓冲结构的最佳参数组合为：长度为32.4m，截面积为200m2，开孔率为24%。 |
| 作者： | 张光鹏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 薛海;张军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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