[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

技術領域

本發明涉及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。

背景技術

目前，微壓波的計算方法主要有兩種：動網格方法和滑移網格方法。兩種方法都是數值求解非定常N-S方程和湍流模型方程。

動網格方法：動網格方法計算微壓波的流程圖參見圖3。生成流場網格，數值求解非定常N-S方程和湍流模型方程，列車前進一小段距離，再次生成網格，數值求解，……，一直循環到微壓波傳播到記錄位置，輸出預測結果。該方法的流程雖然簡單，但其不足之處：網格規模大，耗費時間長：計算針對整個流域進行，特別對于長隧道而言，網格規模非常大，計算時間非常長；另外，列車每前移一步，網格都需要重新生成，也需要耗費大量時間；大量數據插值，誤差增加：從計算開始，到計算結束，每一步網格都需要重新生成，新網格流場計算需要用到舊網格流場數據，這需要搜索和插值，并且搜索和插值在整個流域進行，大量和頻繁的數據插值，會帶來誤差，降低計算精度。

滑移網格方法：滑移網格方法計算微壓波的流程圖參見圖4、5。首先將流域分成滑移區和非滑移區，如圖5所示，生成網格，數值求解非定常N-S方程和湍流模型方程，滑移區網格前進一小段距離，數值求解，……，一直循環到微壓波傳播到記錄位置，輸出預測結果。該方法的優點是只需要一次生成網格，而不需要每一步都生成網格，節約了網格生成的時間，同樣的網格規模，和動網格方法相比，該方法耗費時間少，效率高。該方法的不足之處主要有：網格規模大，耗費時間長。計算雖然將流域分成兩個區域，但兩個區域要同時計算，交換數據，網格規模沒有變化，只節約網格重新生成的時間，計算時間仍然偏長；另外，從計算開始，到計算結束，網格每向前滑移一步，滑移區和非滑移區都要進行大量數據插值和數據交換，而大量和頻繁的數據插值，會帶來誤差，降低計算精度。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種流程簡單、計算科學合理，能夠大幅節約計算時間，提高預測精度的高速列車通過長大隧道時隧道出口微壓波的預測方法。

本發明的目的通過下述技術方案予以實現：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。