特长隧道内列车车内压力波模拟方法分析

为满足西部山区铁路特长隧道工况下车内压力波动及控制问题研究需要,为隧道设计、车体动态气密性要求和车内压力预测与控制算法等研究内容提供数据支撑,开展车内压力三维数值模拟、一维数值模拟和车内外压力传递模型3种模拟方法的对比分析研究,为特长隧道内空气动力学问题研究中车内压力模拟方法的选用提供建议。从车内压力模拟方法的基础理论出发,结合同一工况下模拟计算和线路测试数据在车内压力波动均方根误差、峰值、压力变化量最大值和动态气密性指数上的精度分析结果,对各模拟方法的性能和适用场景进行分析,为不同特征隧道工况下的车内压力模拟方法的选择提供依据,并选择合适的模拟方法对特长隧道工况下的车内压力进行计算。结果表明:三维数值模拟在计算车内压力变化量时精度最高,适用于中长或短隧道工况。一维数值模拟适用性高,在车内压力波动趋势和压力峰值指标上的计算精度高,适用于在建隧道或长隧道、特长隧道工况。车内外压力传递模型适用性和计算精度差,但计算量小,适用于对列车压力控制系统的优化设计研究,但需已知车外压力波作为附加条件。故推荐使用一维数值模拟方法研究西部山区铁路特长隧道工况下车内压力波动情况,并提出将一维数值模拟与车内外压力传递模型相结合的方法,用于研究该工况下的车内压力控制问题。

基于密封缝隙非线性特性的车内外压力传递模型研究

根据静态气密性试验数据和理想气体绝热等熵假设,研究某型号高速列车在不同内外压差下的密封缝隙的非线性特性,结合密封缝隙的非线性特性建立车内外空气通过车体缝隙的质量流量与车体内外压力的关系,然后根据高速列车高静压风机特性曲线建立换气风机(新风机和废排风机)通风量的数学模型。并由质量守恒定律推出考虑密封缝隙非线性特性的车内外压力传递模型。列车运行过程中,车厢压力保护系统(即换气风机)需要根据瞬时的车内外压力环境做及时的调整,而这个动态响应过程需要一定的时间,故模型建立时考虑延迟时间。根据试验数据对模型进行修正,通过仿真验证了模型的可行性。