高速列车隧道运行车内外压力及车厢气密性研究

摘要

随着高速铁路的飞速发展，列车速度不断提高，随之而来的空气动力学问题也日益突出，对列车车体强度和车厢气密性设计提出了更高的要求。本文针对列车在隧道内运行时的车内外压力及车厢气密性问题，利用数值仿真方法对其进行了研究，得到了以下结果： 1.基于三维非定常可压缩的N-S方程，采用商用软件ICEM CFD分别建立了五种不同编组（8节、10节、12节、14节、16节）的高速列车在其最不利长度的隧道内等速交会的滑移网格模型，并借助流体计算软件FLUENT对气动性能进行了仿真计算。结果表明：在8车编组到16车编组范围内，除头车鼻尖位置和尾车外，列车其他位置的车体表面压力幅值均随着编组数量的增加而增大。 2.对某型高速动车组8节编组列车分别通过三种不同阻塞比的隧道时列车车体表面的压力变化进行了计算分析。结果表明：除头车鼻尖外，车体其他位置处的表面压力幅值均随着阻塞比的增大而单调增大。 3.根据实际列车车厢的构造，建立了简化的两空间静态泄压数学模型，并结合流体力学基本原理推导了客室区域内外压差的变化与降压时间和当量泄漏面积的数学表达式。采用试验和数值仿真的方法分别对理论公式进行了验证，结果表明该理论公式可以应用于描述高速列车车厢内外压差的变化情况，并根据理论公式对仿真结果的拟合得到修正系数为α=0.8。 4.基于车厢气密性指数与车内外压差及泄压时间关系的递推公式，得到不同车外压力下车内压力变化的极限情况，并由此得到不同隧道工况下车厢最大当量泄漏面积的变化规律。结果表明：当不同编组高速列车分别在隧道内等速交会时，中间车车厢最大当量泄漏面积随着编组的增加而减小。当高速列车通过三种不同阻塞比的隧道时，中间车车厢最大当量泄漏面积随着阻塞比的增大而减小。而且，对比相同车速下相同列车在隧道内交会和单车通过可知，列车隧道交会比隧道单车通过对车厢的气密性要求高很多。

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