基于旋成體模型的高速鐵路隧道進(jìn)出口波的數(shù)值模擬研究.pdf

1、高速列車通過隧道的空氣動力學(xué)效應(yīng)較明線上的更加劇烈,造成的后果也更加嚴(yán)重。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對隧道內(nèi)的瞬變壓力及洞口微壓波等現(xiàn)象進(jìn)行了大量研究。列車進(jìn)入／離開隧道時直接由隧道入口／出口向外界輻射出脈沖壓力,是一種新的空氣動力學(xué)現(xiàn)象,稱為隧道進(jìn)／出口波。該現(xiàn)象的物理機(jī)理較為復(fù)雜,且為頻率小于20Hz的次聲波。該現(xiàn)象會導(dǎo)致隧道周圍居民住房或其它建筑物窗框強(qiáng)烈振動或發(fā)出“咔嗒咔嗒”聲,隨著高速列車不斷提速,造成的環(huán)境問題不容忽視。
　　

2、該現(xiàn)象出現(xiàn)在日本新干線的提速線上,對此現(xiàn)象的研究成果也主要由日本學(xué)者得出。我國是多山國家,高速鐵路線上隧道數(shù)量較多。隨著高速列車不斷提速,該現(xiàn)象會更加劇烈,對列車運營的安全性會帶來不良影響,成為制約高速列車速度進(jìn)一步提升的一個因素,因此對該現(xiàn)象的研究具有重要意義。
　　 本文采用基于有限體積法的計算流體力學(xué)通用軟件STAR-CD,運用滑移網(wǎng)格技術(shù),以三維、可壓縮、不穩(wěn)定湍流流動的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)對隧道進(jìn)／出口波進(jìn)行數(shù)值模擬研究。本

3、文計算結(jié)果比較準(zhǔn)確,并且與實驗結(jié)果吻合的較好,驗證了本文方法和結(jié)果的合理性和正確性。本文分析了隧道進(jìn)／出口波的形成機(jī)理及基本特性,對隧道進(jìn)／出口波現(xiàn)象有了較為清晰的認(rèn)識。另外,本文對隧道進(jìn)／出口波和列車速度的關(guān)系以及三種不同列車頭型(橢圓旋成體、拋物線旋成體和圓錐旋成體)對隧道進(jìn)／出口波的影響進(jìn)行了研究,得到了隧道進(jìn)／出口波幅值和列車速度的擬合關(guān)系及在其他條件不變的情況下,對于旋成體的對稱模型為減小隧道進(jìn)／出口波幅值應(yīng)采用的列車頭型。<