高速铁路长隧道出口微压波的一维和三维耦合算法及应用研究

摘要

高速铁路作为一种快速稳定、安全性好、正点率高、运载量大、低碳环保、经济效益良好的现代运输方式,已成为当代社会不可或缺的重要标志。
　　 对高速列车通过长大隧道引起的空气动力学效应,无论模型试验还是数值模拟计算,都难以很好的模拟实际情况。而采用实车试验进行研究,则代价太大,且要在隧道建设完工,列车调试完成后才能进行。因此需要寻求一种经济有效的数值计算方法对其进行求解。本文综合了一维算法和三维算法各自的优势,将一维计算和三维计算进行耦合,提出了长隧道情况下隧道出口外微压波计算方法,得到了比较好的效果。本文的主要研究成果有:
　　 (1)验证了国内外计算隧道空气动力学常用的三维和一维计算方法,并与国外学者所提出的理论计算方法进行了对比分析。
　　 (2)提出了长隧道出口微压波的计算方法。将求解长隧道出口微压波的问题通过两次三维数值计算和一次一维数值计算进行转化求解,以获得最终需要的结果。避免了计算机硬件无法满足全尺寸三维计算要求的问题,同时也解决了一维计算无法对空气动力学三维效应显著区段进行模拟的问题。
　　 (3)确定了列车时速350hm／h,有／无砟道床情况下的最不利的隧道长度范围。无砟道床情况下当隧道长度逐渐增加的时候,微压波的峰值开始逐渐增大；在隧道长度达到6～8km时,微压波的峰值达到最大:其后,随着隧道长度的增加,微压波的峰值又逐渐变小。有砟道床情况下,微压波峰值随着隧道长度的增加而减小。
　　 (4)对于隧道常用缓冲结构形式进行比选。扩大断面开孔型缓冲结构,能够有效的降低隧道内的空气动力学效应,在数值计算中是比选的几种工况中最优的方案。