市域铁路隧道压力波数值方法初探

摘要

随着世界各国经济的发展，城市轨道交通越来越受到人们的重视，尤其是城市地铁的建设与发展。考虑到地铁造价，一般地铁隧道截面小、地铁列车未封闭，而随着地列车速度的不断提升，引起的空气动力学问题将不容忽视，比如隧道压力波、行车阻力和司乘人员的舒适性等。所以研究模拟地铁隧道压力波对以后发展和完善城市的轨道交通是很有必要的。
　　地列车一般在地下运行，列车运行引起的空气流动同样受到空间限制，这与高速列车过隧道的情形是一样的。但从隧道结构和列车运行模式两个方面考虑，地铁列车过隧道又具有其复杂性:从隧道结构来讲，地铁隧道内设有车站，车站两侧和车站与车站之间设有通风竖井;从列车运行模式上来讲，地铁隧道内有多辆列车跟踪运行，且列车在隧道内要反复的进行匀、加、减速运动及停车。所以模拟地铁隧道压力波有一定的难度。
　　考虑到地铁隧道结构和列车运行模式的复杂性，采用三维数值来模拟地铁隧道压力波具有较大的难度，所以本文采用一维可压缩、非定常、不等熵流动模型及广义黎曼变量特征线法，在相关学者的研究基础上，研究了一维数值模拟地铁隧道压力波方法，首次编写了用来模拟地铁列车过隧道压力波程序。
　　本文以两列车在带有四个竖井的隧道内恒速跟踪运行为例，结合列车运行轨迹和波的反射图和分析了列车的车身压力波的合理性，研究了发车时间间隔和列车速度对车外压力的影响。得出结论:压力波在竖井位置发射后会产生新的压力波;隧道内两列车运行时，前一列车产生的压力波动会影响后一辆车的车外压力;缩短发车时间间隔可以缓减车外压力的最值;适当的降低车速可以缓减车外压力的最值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 国内轨道交通发展现状

1．1．2 地铁交通特点

1．1．3 问题的提出

1．2 高速列车隧道压力波研究现状

1．2．1 试验研究

1．2．2 数值模拟

1．3 地铁隧道空气动力学研究现状

1．3．1 国内研究现状

1．3．2 国外研究现状

1．4 地铁隧道空气动力学存在的问题

1．5 论文的研究内容及研究方法

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究方法

2 隧道压力波的数值计算方法

2．1 高速列车过隧道诱发的空气流动特征

2．2 隧道压力波特征

2．2．1 隧道单车压力波特征

2．2．2 隧道会车压力波特征

2．3 隧道内空气流动的一维可压缩流动模型

2．3．1 流动模型

2．3．2 数学模型

2．4 边界条件

2．4．1 隧道端口边界条件

2．4．2 列车在隧道内运行时车头车尾边界条件

2．4．3 列车车头通过竖井瞬间边界条件

2．5 特征线法

2．5．1 特征万程

2．5．2 无量纲特征方程的数值过程

2．6 程序网格设计

2．6．1 列车驶入、驶出隧道过程的网格系统

2．6．2 列车通过竖井前的网格系统

2．6．3 列车通过竖井时的网格系统

2．6．4 列车通过竖井后的网格系统

2．7 本章小结

3 多车跟踪隧道压力波数值计算方法

3．1 地铁几何结构特征

3．2 地铁环境下列车运行特征

3．2．1 列车通过车站整个过程的速度控制

3．2．2 列车通过全线隧道整个过程的速度变化

3．3 程序设计

3．3．1 处理思路

3．3．2 程序中网格系统设置

3．3．3 程序中列车速度的处理

3．3．4 程序中不同坐标系下黎曼变量值的转化

3．3．5 程序流程图

3．4 本章小结

4 两车恒速跟踪过隧道压力波数值模拟

4．1 压力波形成机理

4．2 列车数目对车外压力影响

4．3 同一隧道同一速度不同车外压力比较

4．4 同一隧道不同速度车外压力比较

4．5 同一速度不同发车时间间隔车外压力比较

4．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果