[發明專利]一種高速列車通過長大隧道時隧道出口微壓波的預測方法

有效

• 申請號: 201210231810.9
• 申請日: 2012-07-05
• 公開（公告）號: CN102722661B
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 楊明智;田紅旗;梁習鋒;李志偉;張雷;李燕飛;許平;周丹;王中鋼
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 長沙丁卯專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 陳書誠

1.一種高速列車通過長大隧道時隧道出口微壓波的預測方法，所述預測方法的步驟包括分區、網格生成、網格計算和預測結果輸出；所述分區是依據微壓波的形成原理，將計算區域劃分成區域1到區域n共n個區域，所述各區域的劃分方法：

（1）所述區域1的設置：長度為隧道入口前的200-350米，加上隧道入口后的150-300米；隧道入口前的寬度為80-120米，高度50-60米；隧道入口后的隧道外形和真實隧道外形相同；區域1在隧道軸向中心線垂直面上的截面呈階梯矩形；區域1內采用Delaunay三角化方法生成非結構網格；該區域主要用于計算壓縮波的形成；

（2）所述區域n的設置：長度為隧道出口前的200-300米，加上隧道出口后的150-300米；隧道出口前的隧道外形和真實隧道外形相同；隧道出口后的寬度為80-120米，高度為50-60米；區域n在隧道軸向中心線垂直面上的截面呈階梯矩形；區域n采用求解橢圓形方程的方法生成結構網格；該區域主要用于計算微壓波的形成和傳播；

（3）所述區域2到區域n-1?的設置：長度按照1-2公里的公倍數平分；截面幾何外形和真實隧道橫截面尺寸相同；區域2到區域n-1在隧道軸向中心線垂直面上的截面呈矩形；區域2到區域n-1采用求解橢圓形方程的方法生成結構網格；這些區域主要用于計算壓縮波的傳播；

在區域2至區域n-1的每個區域的指定位置，設置一個確定的壓力值，這個確定的壓力值為判斷壓縮波是否全部傳入該區域的閾值；

在區域n的指定位置，設置一個確定的壓力值，這個確定的壓力值為判斷微壓波是否全部傳入隧道出口區域n微壓波記錄位置的閾值；

其特征在于：所述網格計算的邊界設置和計算方法，根據網格所處位置采用不同的方式：

（1）第1步驟的網格計算的具體做法是：調取區域1和區域2的網格，初始化參數為：靜壓為0，速度為0；邊界條件：給定地面、隧道整個壁面為無滑移壁面條件，列車為移動壁面條件，速度為列車通過該隧道的行駛速度，區域1和區域2連接的公共面設置為內部邊界條件；采用非定常雷諾平均N-S方程和k-???????????????????????????????????????????????湍流模型方程數值求解進行網格計算；計算中以時間為步長，在非結構網格的區域1的網格內始終包含了運動的列車，每完成一個步長的計算，列車在區域1內前進一個時間步長乘以速度的距離，列車在區域1中相對于隧道的位置發生變化，因此，區域1的網格需要每時間步重新生成一次；在結構網格的區域2內始終不包括列車，網格始終保持不變；當計算中獲得區域2指定位置的壓力大于閾值時，第1步驟的網絡計算結束；

（2）其他步驟的網格計算的具體做法是：在區域2到區域n的網格中，始終不包含列車，它們的網格在計算中始終不變，均一致采用非定常雷諾平均N-S方程和k-湍流模型方程進行數值求解；在第2步驟的網格計算中，取區域2和區域3網格，區域2的出口和區域3的入口設置為內部邊界條件，區域2的入口設置壓力入口條件，區域3的出口設置壓力出口條件，以第1步驟計算獲得的區域2的數據為本步驟的區域2的初始條件被代入，區域3的初始條件為0；給定地面、隧道整個壁面為無滑移壁面條件，計算中以時間為步長，當計算中獲得區域3指定位置的壓力大于閾值時，第2步驟的網絡計算結束；如此類推，直到第n-1步驟的計算完成。

2.根據權利要求1所述的預測方法，其特征在于：所述預測結果輸出為隧道出口10米、20米和50米等監控點的微壓波的預測數據。