基于一维流动模型的高速列车隧道压力波特性

高速列车通过隧道过程中引起隧道内压力的剧烈波动,会诱发车内压力波动并可能引起车体疲劳破坏等问题。而研究此类问题的基础在于快速准确预测隧道压力波。基于一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对单车通过隧道和两列车隧道内交会进行数值模拟。选取京沪高速铁路隧道为研究对象,通过全时间区域下隧道空间中的压力传播的过程图描述压力波的形成过程,给出隧道内交会压力波比单车通过隧道的压力波剧烈的原因,研究列车速度和阻塞比对车外最大压力值和最小压力值的影响特性。结果表明,高速列车通过京沪高铁典型长度隧道时,其车体表面承受的最大压力波动基本与车速的平方成正比,而其与阻塞比基本呈线性关系。

基于舒适性的高速磁浮铁路单线隧道最不利隧道长度分布特征研究

列车在不同长度隧道中高速行驶,会产生不同程度的压力波动,从而引起乘客不同程度的耳感舒适性问题。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型的特征线法和时间常数法动态气密指数模型,研究了单列高速磁浮列车通过隧道时的车外压力波和两种动态气密指数下的车内压力变化特征,完善了基于压力舒适性标准的高速磁浮铁路单线最不利隧道长度的概念,进行了列车速度和列车动态气密指数对最不利隧道长度影响规律的研究。研究发现:在基于车外压力最大负压值的最不利隧道长度下,车内压力最大负压值较小。车内每1、3、10和60 s内最大压力变化量最大值随隧道长度增大呈先增大后减小的特征,即存在舒适性约束条件下的最不利隧道长度。列车速度不同,该最不利隧道长度不同。除车内每10 s压力限值条件下外,动态气密指数不同,最不利隧道长度近似。动态气密指数83 s、速度600 km/h的单列磁浮列车通过截面积为100 m2的隧道时,满足UIC660舒适性标准的最不利隧道长度为10~12 km。本文成果对研究基于舒适性标准的隧道净空面积和列车气密性,以及进一步完善基于隧道压力波效应的轨道交通最不利隧道长度理论体系有较好的参考价值。

高速磁浮单列车通过隧道时车外压力数值模拟研究

采用一维可压缩非定常不等熵流动模型特征线方法,研究高速磁浮列车通过隧道时压力波形成机理及传播特征;以头车和尾车为例,研究车外最大正负压比值,分析多工况下列车通过隧道时不同车厢的车外压力最值分布位置;探究隧道长度、列车运行速度和阻塞比对车外压力最值的影响规律。结果表明:高速磁浮列车通过隧道时的车外最大负压在数值上远大于最大正压,可定性推测此时车体在负压作用下的“膨胀变形度”比正压作用下的“受压压缩变形度”严重;车外最大正负压及最大压力峰峰值的分布位置与列车运行速度和隧道长度密切相关,当隧道长度与列车长度之比不小于5.18时,头车车外最大正压与列车运行速度的平方成正比,当比值不小于2.53时,头车车外最大负压与列车运行速度的平方成正比;随阻塞比增加,车外最大正负压及最大压力峰峰值均增加,隧道横截面积为100 m^(2)和140 m^(2)时,头车和尾车车外最大正压相当,而横截面积为80 m^(2)时,头车车外最大正压比横截面积为100 m^(2)时大55%。

开孔隔墙隧道内单列高速列车运行空气阻力的数值模拟研究

开孔隔墙隧道是一种新型的高速铁路隧道结构型式,与传统结构隧道比较,列车通过时空气动力学性能有较大不同。文章基于一维可压缩非定常不等熵流动模型及广义黎曼变量特征线法,建立了隧道内列车运行空气阻力分析方法,模拟了不同长度的有开孔隔墙隧道和无隔墙隧道空气阻力最大值和空气阻力平均值的变化规律,得出隔墙隧道可较大幅度地降低空气阻力,速度一定时隧道长度对内置开孔隔墙空气阻力幅值没有影响的结论。文章研究了2 000 m长度内置隔墙隧道的开孔间距、开孔大小和列车运行速度对空气阻力的影响特性,初步探讨了高速列车通过内置开孔隔墙隧道产生空气阻力与压缩波和膨胀波的关系及空气阻力最大值和车速的关系,为今后进一步研究内置开孔隔墙隧道列车空气阻力和该类结构隧道的工程应用提供了一定的基础。

中低速磁浮列车隧道交会时车内外压力波特征探析

磁浮列车在隧道内交会相比于单列车在隧道内运行会产生更大的压力波动,瞬态压力在变化的同时由车外向车内传递,车内外压力波动可能影响司乘人员舒适性并导致车体气动疲劳损伤。文章基于国内磁浮列车相关技术参数,采用一维可压缩不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法研究了磁浮列车隧道内等速交会时的车内外压力波,确定了在隧道内交会的最不利位置。研究结果表明,在隧道中央等速交会时,车内外压力波动最剧烈。

160km/h单列货车通行隧道时压力波和气动载荷特征

随着经济发展和社会需求,研制更高时速的货运列车迫在眉睫.根据我国新研发的时速160公里的货运列车,需要开展货运列车通过隧道时的车体气动载荷研究.采用一维可压缩非定常不等熵流动模型特征线数值模拟隧道压力波方法,针对既有普速线的线路特点.研究高速货运列车单列车通过隧道的压力波形成机理和变化规律;研究不同工况下不同列车速度、车辆类型、隧道净空面积和隧道长度对最大正负压值和最大压力峰峰值的影响规律,归纳主要因素对车体气动载荷的影响规律及主次关系,获得货运列车车体强度设计和评估用气动载荷分布规律和范围.研究结果表明:单列车通过隧道时的压力波与列车驶入、驶出隧道诱发的压缩波和膨胀波反射和叠加相关;随着列车速度的提高、隧道净空面积的减小,列车车外最大正负压值和最大压力峰峰值均增加;在相同工况下,全侧开式棚车的的压力波动幅值大于塞拉式快捷车压力波动幅值;单列货运列车通过2.5 km隧道及以上时,最大正压值达到恒定值,最大负压值在最不利长度隧道处,达到最大值,然后随着隧道长度的增加逐渐减小;最大压力峰峰值在最不利长度隧道处达到最大值后随着隧道长度的增加而逐渐减小.本文研究结果可为货运车体气动疲劳强度设计提供支持.