高速列车通过最不利隧道气动阻力数值分析

为了探明高速列车与最不利长度隧道耦合作用下列车气动阻力变化规律,以某动车组为计算模型,基于滑移网格技术和计算流体动力学(CFD)理论,采用k-ε两方程湍流模型对最不利隧道内8辆编组单车穿越和双车等速交会时的气动效应进行了三维数值模拟,并结合遂渝线上二岩隧道实测数据对计算方法的可靠性进行了验证。结果表明:(1)列车所受气动阻力变化与列车头尾部的压差变化有直接关系,压差的升高和降低会引起阻力的增大和减小。(2)在隧道内以时速300 km单车穿越和双车交会过程中,整车最大气动阻力分别发生在列车入隧道后3.1 s和2.8 s时刻,阻力系数分别达到1.37和1.49,且此时头车阻力在整车中占比最大,分别为34.67%和36.57%。(3)当列车头头交会和头尾交会时,尾车阻力占比最大,分别为56.79%和37.33%;当列车尾尾交会时,头车阻力占比最大,为44.62%,而尾车阻力此时接近为0。(4)列车行驶速度提高会引起气动阻力迅速增大,当列车时速从250 km提升至400 km时,隧道内单车穿越和双车交会整车气动阻力平均值分别增大了132%和150%。研究结果可为车隧设计提供一定的参考。

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。

高速磁浮列车通过隧道车体压力波特征研究

随着磁浮铁路的不断发展,列车以更高的速度在不同长度隧道行驶时会在隧道内形成压力波,使得隧道内出现高或低于隧道大气压的压力脉动,从而使车体表面遭受疲劳破坏,影响使用寿命。本文采用一维可压缩非定常不等熵流动模型特征线法,在论证了研究方法正确性的基础上,分析了单列车通过隧道时车外压力波形成机理,研究了基于车外压力最值的最不利隧道长度以及在该隧道长度下列车车宽的影响特性。研究结果表明:列车驶入隧道瞬间,隧道内流动的空气受到列车壁面的摩擦和热传递,诱发隧道压力波,致使车外观测点的压力缓慢增加。车外最大负压值和最大压力峰峰值随隧道长度的增加呈先增大后减小趋势。宽车体的列车通过最不利隧道长度时,对不同车厢车外观测压力影响较大。本文的研究成果可为车体疲劳强度提供理论数据。

400km/h动车组车体压力载荷隧道参数影响特征研究

列车高速进入隧道时产生的压力波动对列车气动阻力、车体结构疲劳强度和车内人员舒适性等产生不利影响。随着动车组运行速度的不断提高,高速列车进入隧道产生的空气动力学问题将更加突出和显著。本文采用一维非定常不等熵流动模型和特征线方法,在数值模拟400 km/h动车组单列车通过隧道和隧道中央等速交会压力波形成机理和车外压力变化的基础上,研究了动车组通过隧道时隧道长度和隧道净空面积对车外压力载荷的影响特性,进一步验证了基于车外压力幅值的最不利隧道长度估算公式的合理性。本文研究结果为确定400 km/h动车组车体压力载荷的分布范围提供了基础数据。

隧道附属设施气动效应分析

为研究列车经过时气动效应对隧道内附属设施的影响,通过现场测试分析不同因素对隧道附属设施表面气动荷载、振动加速度和列车风速的影响,给出隧道内气动荷载分布规律。研究结果表明:附属设施受到的气动荷载与列车运行速度平方近似成正比关系;隧道长度和编组对附属设施气动荷载存在耦合影响,存在最不利隧道长度,车型和季节对附属设施气动荷载影响不显著;附属设施振动加速度主要由气动荷载引起;列车运行速度由300 km/h增加到350 km/h时,隧道附属设施表面气动荷载和振动加速度均增大约40%,列车风速增大约10%。