基于一维流动模型的高速列车隧道压力波特性

发布时间：2020-03-14 03:47

【摘要】：高速列车通过隧道过程中引起隧道内压力的剧烈波动,会诱发车内压力波动并可能引起车体疲劳破坏等问题。而研究此类问题的基础在于快速准确预测隧道压力波。基于一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对单车通过隧道和两列车隧道内交会进行数值模拟。选取京沪高速铁路隧道为研究对象,通过全时间区域下隧道空间中的压力传播的过程图描述压力波的形成过程,给出隧道内交会压力波比单车通过隧道的压力波剧烈的原因,研究列车速度和阻塞比对车外最大压力值和最小压力值的影响特性。结果表明,高速列车通过京沪高铁典型长度隧道时,其车体表面承受的最大压力波动基本与车速的平方成正比,而其与阻塞比基本呈线性关系。
【图文】：

曲线,隧道压力波,数值计算方法

月2014年12月贾永兴等：基于一维流动模型的高速列车隧道压力波特性109程序的输入数据具体见文献[25-26]。图1比较了本文计算程序计算值与文献试验结果，表明两者吻合良好。对于单车通过隧道的情形，给出了距隧道模型进口端2m测点的隧道内静压波动值，列车模型速度为413km/h。对于隧道内交会的情形，给出了列车第2节车厢外的压力波值，两列车的速度相等，速度为250.6km/h，两列车进入隧道的相错时间约为25s。图1本文数值计算方法验证2隧道压力波特征高速列车通过隧道引起了隧道内复杂的压力常列车车头驶入或驶出隧道端口会产生压缩波。类似地，列车车尾驶入或驶出隧道将产生膨胀波。这些波在隧道内以声速沿隧道传播，在隧道内形成了复杂的波干涉和叠加。在其传播至隧道洞口和列车端部时，会发生反射和折射。如压缩波传播至隧道洞口会向洞内反射回膨胀波。膨胀波在洞口会向洞内反射回压缩波。这些波在洞内相遇叠加会产生剧烈的压力波动，形成压力波。对于同类性质的波，，波叠加强化波的变化幅值，在极短时间内引起了剧烈的压力梯度。此外，列车通过隧道内测点时，也会引起测点压力剧烈波动。此外，两列车在隧道交会，也必引起更加剧烈的压力波动。本节选择京沪高铁上典型长度的隧道研究隧道压力波的变化特征，高速列车和隧道的几何参数见表1。图2中两列车的相错时间为0s，也即两列车相向同时驶入隧道。图2分别表示了单车通过和两列车在2000m隧道内交会时，隧道内距隧道入口1000m和第8节车外中央处的压力波动时间历程曲线。由图2可见，高速列车通过隧道会产生剧烈复杂的压力波动。而两列车在隧道内交会产生的压力波比单车通过隧道产生的压力波要剧烈得多。对于距离隧道入口1000m处测点，单车通过隧道全过程中引起的压力波?

曲线,隧道压力波,单车,和会

纬?了复杂的波干涉和叠加。在其传播至隧道洞口和列车端部时，会发生反射和折射。如压缩波传播至隧道洞口会向洞内反射回膨胀波。膨胀波在洞口会向洞内反射回压缩波。这些波在洞内相遇叠加会产生剧烈的压力波动，形成压力波。对于同类性质的波，波叠加强化波的变化幅值，在极短时间内引起了剧烈的压力梯度。此外，列车通过隧道内测点时，也会引起测点压力剧烈波动。此外，两列车在隧道交会，也必引起更加剧烈的压力波动。本节选择京沪高铁上典型长度的隧道研究隧道压力波的变化特征，高速列车和隧道的几何参数见表1。图2中两列车的相错时间为0s，也即两列车相向同时驶入隧道。图2分别表示了单车通过和两列车在2000m隧道内交会时，隧道内距隧道入口1000m和第8节车外中央处的压力波动时间历程曲线。由图2可见，高速列车通过隧道会产生剧烈复杂的压力波动。而两列车在隧道内交会产生的压力波比单车通过隧道产生的压力波要剧烈得多。对于距离隧道入口1000m处测点，单车通过隧道全过程中引起的压力波动最大值为3.172kPa，最小值为4.087kPa。而两列车在隧道内交会时则分别为6.941kPa和8.409kPa。交会时的最大压力波动值、最小压力波动值分别是单车时的2.19倍和2.06倍。对于列车第8节车外中央处测点，交会时的最大压力波动值为1.142kPa，单车的最大压力波动值为0.639kPa。交会时的最小压力波动值为8.398kPa，单车的最小压力波动值为3.843kPa。交会时的最大压力值、最小压力值分别是单车时的1.79倍和2.19倍。表1计算使用的典型的隧道和列车参数数值参数隧道列车横截面积/m210011.2横截面湿周/m35.9812.4壁面摩擦因数0.00500.0028长度/m2000400隧道入口入流损失系数0.5—车头压力损失系数—0.0039车尾压力损失系数

【共引文献】