[發明專利]高速列車經過隧道后的微壓波計算方法

無效

• 申請號: 200910180326.6
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN101697173A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 田紅旗;楊明智;劉堂紅;張健;高廣軍;熊小慧;李志偉
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于列車高速通過隧道，特別是長隧道所產生的微壓波對環境的影響測定領域，具體地涉及一種精簡、高效的用于高速列車經過隧道后的微壓波計算方法。

背景技術

我國鐵路正處于跨越式發展的重要時期，既有鐵路干線經第六次大范圍提速后，客運列車最高運營速度達250km/h，例如京津客運專線最高運營速度達350km/h，同時，多條運行更高速度的客運專線開始動工，預計2010年左右建成，將運行380km/h等級速度的高速列車。而我國是一個多山的國家，線路上隧道多達5000多座，隨著列車運行速度大幅度提高，高速列車進出隧道產生的空氣動力效應，必然會對旅客的舒適性，對隧道周圍的環境造成影響，特別對于隧道出口附近，列車高速通過隧道產生的微壓波對周圍環境的的影響更為突出，引起越來越多的關注。

隧道出口微氣壓波的數值模擬方法主要有一維算法和三維數值模擬方法，一維算法具有算法簡單、效率高等特點，不足之處是無法精確模擬列車進出隧道口所產生的三維效應，另外也無法精確模擬豎井和帶天窗的緩沖結構對隧道空氣動力效應的影響；三維數值模擬方法，一般采用模擬三維可壓縮非定常雷諾平均N-S方程，并結合滑移網格技術對隧道微氣壓波進行直接模擬，該方法的特點是可以直接模擬列車和隧道內的細節結構，列車進出隧道的三維效應等，缺點是對于長大隧道和隧道群的出口微壓波的模擬存在相當大的困難：計算網格規模太大，計算周期太長，只能在大中型工作站上求解。

另外，現有技術中仍然沒有很好的方法來模擬列車過彎隧道的過程，也無法對彎隧道出口微壓波進行評估。而列車經過隧道變截面段會產生新的膨脹波和壓縮波，并且進隧道口產生的壓縮波和膨脹波也會在傳播過程中，經過隧道壁面反射而改變傳播方向，使隧道內的流場更為復雜。彎隧道和相同長度和面積直隧道的微壓波具有不同的特性。而由于地形的限制，很多隧道中存在彎道；另外，高速鐵路穿越城市人口密集區修建的地下隧道也普遍存在由地表進入地下的過渡彎道。因此，工程設計中迫切需要新方法來研究彎隧道出口微壓波。

發明內容

本發明提供了一種很好地解決了長大隧道和隧道群三維計算網格規模太大，計算周期太長等問題的高速列車經過隧道后的微壓波計算方法，其采用動網格技術，將流場分為若干區域，根據微壓波的形成機理，只計算包含第一道壓縮波和膨脹波的區域及其波前的區域，對隧道出口微壓波進行了數值模擬。同時，也為彎隧道出口微壓波的計算提供了新方法。

本發明所采用的技術方案如下：

高速列車經過隧道后的微壓波計算方法，其特征在于所述微壓波計算方法包括：

采用動網格，將隧道的流場分為多個區域，對包含第一道壓縮波和膨脹波的區域及該壓縮波和膨脹波前的區域進行計算，模擬得到隧道出口的微壓波數值。

具體的講，所述微壓波計算方法進一步包括：

將隧道的流場分為多個計算區域，其中一第一區域包括隧道入口區域和部分隧道，對該第一區域采用動網格模擬列車進入隧道過程。

所述部分隧道的長度滿足如下條件：

該長度可使列車尾部完全進入隧道，并且車尾產生的膨脹波到達第一區域和相鄰第二區域的公關邊界時，車頭離公關邊界的距離以滿足網格重構的要求。

所述第一區域的動網格在膨脹波進入相鄰的一第二區域后不再進行計算。

上述微壓波計算方法中所述隧道包括長隧道和彎隧道。

當列車駛入隧道瞬間，由于空氣的壓縮性及列車壁和隧道壁限制了空氣側向流動和向上流動的空間，使緊貼在列車車頭前面的空氣受到壓縮并隨列車向前流動，造成列車前方的空氣壓力突然升高，產生壓縮波。隨著列車的進一步駛入隧道，環狀空間長度逐步增大，使列車前隧道空間的空氣壓力繼續升高，即壓縮波的強度繼續增大，直到列車全部進入隧道為止。該壓縮波以近似音速的速度向前傳播。壓縮波前方的空氣流速為零，而壓縮波后方的空氣則以一定的流速隨著列車向前流動。壓縮波傳播到隧道出口后，一部分壓縮波以膨脹波形式被反射回隧道，另一部分則以微氣壓波的形式向隧道出口空間擴散。列車進入隧道形成的壓力波不僅引起車廂內壓力的變化，而且在壓縮波由隧道口作為沖擊波穿出時，會形成噪聲，作為微氣壓波向周圍傳播。