鐵路隧道列車活塞風(fēng)特性分析及理論研究.pdf

1、列車通過隧道產(chǎn)生的活塞風(fēng)是隧道空氣動力學(xué)現(xiàn)象之一,也是解決隧道通風(fēng),特別是單向長隧道運營通風(fēng)問題的主要組成部分。論文從活塞風(fēng)應(yīng)用與研究的現(xiàn)狀出發(fā),對活塞風(fēng)進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究,為隧道通風(fēng)工程合理、有效地考慮和利用活塞風(fēng)提供了依據(jù)。
　　研究以列車作用區(qū)間為活塞風(fēng)“壓源”,利用流體力學(xué)基本理論和基本方程,根據(jù)不同流段的流動結(jié)構(gòu)和作用原理,分析、論證了列車活塞風(fēng)的形成機理;提出了活塞風(fēng)壓力計算的方法。理論研究結(jié)果充分反映了隧道、列車各

2、主要作用條件對活塞風(fēng)的影響;通過主要變數(shù)的動態(tài)分析,得出了活塞風(fēng)的綜合特性和變化規(guī)律。環(huán)隙流動是列車與氣流之間實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換的主要組成部分,根據(jù)管道湍流半經(jīng)驗理論和相關(guān)變換,建立了環(huán)隙流動的速度分布關(guān)系式,分析了流場的主要特征。
　　通過分析和論證,確定了活塞風(fēng)研究的基本理論模型,即不可壓縮流體的定常流動。提出了由頭部推動力增壓、尾部牽引力增壓和環(huán)隙剪切力增壓共同構(gòu)成的活塞風(fēng)壓力的表達(dá)式。根據(jù)相對運動原理和基本方程,建立了頭部和尾部

3、增壓的計算式,其增壓與阻塞比α、流段的流動特性和頭部繞流阻力系數(shù)有關(guān)。根據(jù)動量平衡原理和管道湍流半經(jīng)驗理論,建立了由動(列車)壁切應(yīng)力和靜(隧道)壁切應(yīng)力構(gòu)成的環(huán)隙均勻段的剪切力增壓關(guān)系式,該增壓與環(huán)隙幾何特征、壁面阻力特性和環(huán)隙流動的速度分布特性有關(guān)。對于由動壁與靜壁組成的環(huán)隙來說,始終存在著相對于靜壁的壓力流和動壁拖動的曵力流。在此基礎(chǔ)上,提出了環(huán)隙流動可視為Poiseuille型湍流和Couette型湍流組合而成。同時,應(yīng)用鏡像原

4、理和流動變換,建立了Couette型湍流的基本關(guān)系;應(yīng)用管道湍流半經(jīng)驗理論和坐標(biāo)變換方法,建立了環(huán)隙組合流動的速度分布關(guān)系式和特征速度的位置關(guān)系式。
　　參照國外隧道空氣動力學(xué)進(jìn)行實車試驗研究的基本參數(shù),利用本研究提供的方法進(jìn)行活塞風(fēng)計算,將計算結(jié)果與試驗測量結(jié)果比較,吻合度較好,說明活塞風(fēng)計算中相關(guān)理論研究和假定是合理的。根據(jù)流體力學(xué)原理和相似理論進(jìn)行了以水為介質(zhì)的模型試驗,對活塞風(fēng)速和活塞風(fēng)壓進(jìn)行了測定。初步結(jié)果表明,這是一種