地铁隧道空气动力学特性及最大运行速度研究

发布时间：2017-05-09 16:10

  本文关键词：地铁隧道空气动力学特性及最大运行速度研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近十几年来,随着我国城镇化战略的快速推进,城市的交通拥挤和环境污染等问题日益突出,发展城市地下轨道是一条解决问题的有效途径。地铁因其独特的价值得到大力发展,但国内的地铁隧道的最高设计速度没有从空气动力学效应进行考虑,也没注重乘客的舒适性。本文以城市地铁隧道和车站的空气动力学研究项目为背景,采用与模型实验相验证、理论分析和数值模拟的方法,对地铁隧道空气流通特性及满足乘客舒适度的最大运行速度进行积极研究,为以后地铁隧道的建设提出合理建议,本文主要内容如下：1.根据隧道空气动力学原理,研究隧道内压力和列车内外压力的传播规律,并进行1OOkm/h隧道空气动力学效应的数值模拟,提出速度为100km/h时,满足旅客舒适度标准的最优地铁隧道净空断面大小；同时分析出在地铁隧道断面直径为5.4m时满足舒适度标准的列车最高速度。2.数值模拟1 OOkm/h时隧道—车站端部通风道空气动力学效应,分析隧道空气动力学效应在车站屏蔽门位置处的压力变化规律和列车速度的变化对隧道内及屏蔽门压力的影响,提出在1OOkm/h速度下,车站隧道内特别是屏蔽门位置的压力场、速度场的变化规律,为屏蔽门的强度设计提供依据。3.分析横通道及中部通风竖井的开启方式,计算隧道内及列车内的气动压力的变化情况。数值模拟列车通过设有竖井隧道时其流场变化,提出当隧道超过3km时,在隧道中部设置通风竖井时的优化设计方案。
【关键词】：地铁隧道 空气动力学 数值模拟 速度
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451;U231
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-15
• 1.1 研究背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 本文的研究内容及方法13-14
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究方法14
• 1.4 本文研究的技术路线14-15
• 2 隧道空气动力学数值计算基本理论15-23
• 2.1 基本理论15-20
• 2.1.1 控制方程15-16
• 2.1.2 方程的预处理过程16-19
• 2.1.3 方程的求解过程19-20
• 2.2 边界条件20-23
• 2.2.1 隧道壁面的处理20
• 2.2.2 列车壁面的处理20-23
• 3 隧道空气动力学理论模型23-29
• 3.1 高速地铁隧道压力波的基本物理特征23-24
• 3.1.1 隧道入口附近以及隧道内空气流动物理特征23-24
• 3.1.2 隧道压缩波的计算24
• 3.2 数值计算方法的验证24-29
• 4 隧道压力波数值计算基本条件及舒适度标准29-37
• 4.1 计算基本条件29-30
• 4.2 隧道中空气动力学效应舒适度标准30-33
• 4.2.1 高速铁路舒适度定义及分类30-31
• 4.2.2 压力舒适度标准31-32
• 4.2.3 压力舒适度标准汇总32-33
• 4.3 隧道内瞬变压力的分布规律的数值计算参数33-34
• 4.4 压缩波向列车内传播规律34-37
• 5 100km/h隧道空气动力学效应数值计算37-57
• 5.1 不过站长度1020m地铁隧道内及列车内瞬变压力分析37-48
• 5.1.1 隧道内及列车内压力的变化37-40
• 5.1.2 隧道内列车活塞风的变化规律40-42
• 5.1.3 90km/h及95km/h隧道及列车内压力变化42-48
• 5.1.4 小结48
• 5.2 过站长度为3027米长度隧道内的气动效应分析48-53
• 5.2.1 区间隧道内各个测点的压力变化规律48-50
• 5.2.2 过站时站台屏蔽门位置各个测点的压力变化50-51
• 5.2.3 列车过站区间隧道内+Z方向的活塞风变化51-53
• 5.2.4 列车头部内压力变化53
• 5.3 隧道长度对压力变化的影响53-56
• 5.4 本章小结56-57
• 6 100km/h时隧道—车站端部通风道空气动力学效应数值计算57-75
• 6.1 通风道气动流场特性研究57-74
• 6.1.1 1020m区间隧道不过站57-65
• 6.1.2 1020m区间隧道过站65-69
• 6.1.3 速度的变化对隧道内及屏蔽门压力的影响69-71
• 6.1.4 车站-屏蔽门封闭空间大小对屏蔽门压力的影响71-74
• 6.2 本章小结74-75
• 7 长度3km以上隧道横通道及通风竖井的存在对空气动力学效应的影响75-99
• 7.1 3km以上高速地铁隧道设置通风竖井的可行性比较75-76
• 7.2 计算基本条件76-77
• 7.3 竖井存在时隧道及列车内瞬变压力的变化规律77
• 7.4 中间通风竖井对隧道及列车内压力变化的影响77-83
• 7.5 中间竖井配合横通道开启对隧道及列车内气动压力变化的影响83-93
• 7.5.1 中央竖井配合第1横通道开启(距沈家桥站约600m)83-89
• 7.5.2 中央竖井配合第1、2横通道开启(距沈家桥站约600m、1200m)89-93
• 7.6 隧道中最佳竖井位置的确定93-94
• 7.7 隧道通风竖井断面形状的影响94-95
• 7.8 隧道通风竖井断面积的影响95-96
• 7.9 本章小结96-99
• 8 结论及建议99-101
• 参考文献101-103
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果103-107
• 学位论文数据集107

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