搜档网
当前位置:搜档网 › 高速列车通过隧道时压力波的数值模拟

高速列车通过隧道时压力波的数值模拟

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/e58608373.html,

高速列车通过隧道时压力波的数值模拟

作者:黄宇明

来源:《科技创新与应用》2014年第35期

摘要:基于三维瞬态可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程和?资-?着两方程湍流模型,采用包括滑移网格技术的计算流体力学方法,根据列车及隧道观测点采集的压力数据对高速列车进入隧道时隧道表面以及车体表面压力变化规律进行了分析,计算了不同速度下(200、300、380和500km/h)的压力波幅值,得出了速度与压力大小的数值关系,并初步研究了列车通过隧道时列车所受的气动力变化规律。计算结果表明列车通过隧道过程中受到较大的侧向力,隧道表面压力变化幅值和车体表面压力变化幅值是列车速度的二次方函数。

关键词:高速列车;隧道;数值模拟;空气动力学

引言

近年来,高速列车得到了迅猛地发展[1]。随着列车运行速度的提高,空气动力学问题已

成为制约列车提速的重要因素,引起了广泛的关注。高铁线路中隧道占有很大的长度比例,如武广线隧道(含明洞)占线路长度的17.15%,不同于列车在开阔的地面上行驶,隧道的边壁大大限制了空气的侧向流动和上向流动,同时考虑到空气的可压缩性,当列车通过隧道,隧道内的空气将产生相当大的压力瞬变,形成列车隧道压力波[2]。这种压力波会对旅客、列车、

隧道及周围环境等造成严重的影响。从20世纪60年代起,国内外就开始对高速列车隧道的空气动力学问题进行研究[3-5]。在列车在进入隧道时的压力瞬变、列车活塞风等许多问题上取得了一定进展,但都尚有其局限性。文章在特定隧道参数和具体列车速度下,利用计算流体软件Fluent,采用三维黏性、瞬态可压缩的数学模型,研究了高速列车通过隧道的过程中隧道及列车表面的压力分布规律以及列车气动载荷的变化规律。

1 计算模型

1.1 数学模型

高速列车通过隧道引起的空气流动是三维、非稳态可压缩的湍流流动。由于模拟计算车速在200~500km/h间,并且隧道内的空气受到隧道壁的限制,空气流动需要当作可压缩处理。对粘性、可压缩的基本方程进行雷诺时均化[6],并附加?资-?着方程湍流模型来求解列车通过隧道时的气动力。

1.2 几何模型

文章将采用三车编组模型进行模拟,即整个模型由一节头车、一节中间车和一节尾车组成。忽略了转向架、受电弓等细小部件以提高计算效率。头车和尾车具有相同的外形,列车模

相关主题