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高速列车进入隧道产生压缩波的数值模拟及试验研究

高速列车进入隧道时,一方面,在隧道入口处与列车运动方向相反的方向产生出口流。另一方面在隧道内产生以声速向前传播的压缩波。这些压缩波对列车车体产生较强的作用力,并且与压缩波相关的压力梯度对列车内的乘客和隧道内的维修人员产生生理上的不舒服感。在隧道出口处,产生一种叫做微气压波的压力脉冲,并造成环境问题。为了解决这个问题,本文以西南交通大学承担的国家自然科学基金项目“隧道缓冲结构空气动力学特征试验”的研究为依托,同时根据高速列车进入隧道所产生的流场的特征,建立了三维粘性、可压缩、不等熵非定常流模型。对高速列车通过有或无缓冲结构的隧道所产生的压缩波的机理进行了大量的实验和数值计算研究。研究结果表明:压缩波是列车进入隧道时形成的。隧道中正压最大值是由列车头部突入隧道时形成的压缩波引起的,并且该压缩波在隧道中以声速传播,而隧道中负压最大值是由列车尾部经过测点时形成的。在影响隧道压缩波的压力以及压力梯度的各种因素中,列车速度以及隧道阻塞比是主  (本文共190页) 本文目录 | 阅读全文>>

西南交通大学
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竖井高度对高速铁路隧道气动效应的影响研究

高速铁路以其安全可靠、能效高、占地少、环境污染较轻、经济性好、技术先进等特点而倍受世界各国的青睐。目前我国正在大规模地进行高速铁路建设。当列车以较高速度通过隧道时,将会在隧道内产生明显的压力波动并在隧道出口产生微压波现象,影响到列车内乘客的舒适性和隧道周围环境。本文以西南交通大学承担的国家高技术研究发展计划(863计划)课题《磁浮交通沪杭线越黄浦江隧道的工程技术问题研究》为依托,运用计算流体力学分析软件FLUENT对时速200-350km的高速列车通过设有不同高度竖井的隧道时产生的空气动力学效应进行了深入研究。本文根据高速列车通过带竖井隧道过程中所产生流场的特征以及隧道与竖井内空气流动的数学物理模型建立了高速列车通过带竖井隧道的数值模拟方法。采用三维粘性、可压缩、不等熵、非定常流的Navier-Stokes方程作为控制方程,空间离散采用中心有限体积法格式,时间离散采用预处理二阶精度多步后差分格式,隧道壁和竖井壁采用壁面函数处理,...  (本文共89页) 本文目录 | 阅读全文>>

西南交通大学
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高速铁路隧道竖井位置和个数对隧道流场影响的数值模拟

上世纪六十年代以后,世界发达国家相继兴起了高速铁路的修建,铁路发展进入了一个新的里程,中国在本世纪由于经济和社会的进步也促进了高速铁路的迅速发展。随着隧道在高速铁路线路中的大量出现,列车进入隧道产生的空气动力学问题及对周围环境的影响已经被世界各国学者所重视,为此,大量研究也相继展开,并取得了不少有价值的科研成果。同时竖井作为缓解隧道空气动力学问题的重要措施,也越来越受到人们的重视。本文在建立隧道空气动力学CFD的基础上,重点进行了竖井存在时对隧道流场及洞口微压波影响的系统研究。应用本文的计算方法得出的结果和国外现场试验量测结果符合良好,表明该方法具有较高的精确性。本文通过理论分析和数值模拟,应用竖井降低微压波的两种原理,初步确定了竖井位置和个数对隧道洞口微压波的影响规律,并给出了确定竖井位置和个数的计算公式。竖井与缓冲结构共存的情况将在今后高速铁路越江隧道工程中大量出现,本文通过数值模拟对此种情况下缓冲结构的选择进行了详细对比,...  (本文共111页) 本文目录 | 阅读全文>>

西南交通大学
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高速列车通过隧道时气动影响研究

随着列车运行速度的不断提高,高速列车隧道空气动力学问题越来越重要。列车以较高速度通过隧道时在隧道内产生强烈的压力波动。出现了列车过隧道出入口效应,车厢内压力变化以及隧道周围的气动噪声等问题,对旅客、列车、隧道以及周围环境造成不良影响。出于对列车行驶安全,旅客舒适度及环境、经济等诸多因素的考虑,需要对高速列车通过隧道时引起的气动效应的机理和减缓措施加以深入研究。本文在高等学校博士学科点科研基金和国家科技支撑计划项目支持下,以数值模拟计算为主要研究手段结合实测数据对高速列车通过隧道的空气动力学问题进行研究。基于三维、非稳态、粘性流的雷诺平均Navier-Storkes方程及k-ε两方程紊流模型,利用包含移动网格技术的计算流体力学方法,对高速列车隧道空气动力学问题进行了数值模拟研究。其主要工作包括:1.对列车通过隧道以及列车在隧道内会车条件下的流场进行全面分析。通过对流场内流动情况的三维仿真计算得到隧道上以及列车表面的压力分布及其变化...  (本文共135页) 本文目录 | 阅读全文>>

兰州交通大学
兰州交通大学

复杂结构铁路隧道压力波效应数值模拟研究

在列车高速化的推进过程中,包括隧道压力波在内的空气动力学问题变得十分突出,严重影响着铁路快速、舒适、可靠、经济以及安全性。由于多山地貌,我国高速铁路隧线比高,隧道压力波问题变得尤为突出。此外,近年来我国城市地铁高速化过程中也出现了明显的隧道压力波问题。在过去的很多年,国内外对这一问题已经进行了大量的研究,但系统研究设置竖井、横通道等复杂结构较长隧道内单车及会车压力波的成果较少。本文主要采用数值计算方法,以高速铁路隧道和地铁隧道为对象展开隧道压力波效应问题的研究,主要内容具体如下:(1)根据列车通过隧道过程中引起的空气流动具有很强的一维流动特性,在对复杂空气流动进行合理简化的基础上,采用一维可压缩不等熵非定常流体流动模型和广义黎曼变量特征线法分别发展了(多)竖井、(多)横通道以及竖井、横通道和截面变化耦合下的隧道压力波的数值计算方法。(2)研究了竖井对单车和会车隧道压力波的影响。研究发现竖井合理布置有助于降低列车过隧道以及在隧道内...  (本文共196页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国空气动力研究与发展中心
中国空气动力研究与发展中心

高速列车穿越隧道的一维非定常流场的数值模拟研究

高速列车交通技术是地面高速交通技术中极为重要的组成部分。随着列车速度的不断提高,高速列车的空气动力学的研究成为不容忽视的重要课题。高速列车空气动力学问题包括明线空气动力学问题和隧道空气动力学问题两大类。列车在穿越隧道过程中所遇到的空气动力学问题常常比明线上遇到的空气动力学问题剧烈和严重,所以对隧道空气动力学的研究极为重要。隧道空气动力学的研究成果为高速铁路-列车系统的研发和评估审核提供重要的理论支持。高速列车穿越隧道问题的数值模拟研究国内外已发展出多种研究方法。该问题的流场是复杂的三维流场,应用三维数值模拟比较能够准确地达到模拟要求,以精确描绘流场。但列车是庞大、细长的物体,研究对象中的隧道一些情况下其长度更为可观,在这样的情况下,考虑到研究效率,以及在隧道和列车长度远大于隧道水力直径的情况下对列车-隧道系统作一维假定有较高的精确度,对列车-隧道问题进行一维数值模拟研究就成为一个重要的研究手段。随着人类对高速交通的需求不断提高,...  (本文共74页) 本文目录 | 阅读全文>>