高速铁路隧道压力波数值模拟和模型试验研究

【摘要】：本文根据自由表面水波运动的波高与可压缩流体运动压力的相似关系，首次在国内建立了高速铁路隧道压力波浅水槽模拟试验装置，并进行了隧道压力波模拟试验研究。试验研究结果表明：压力波浅水槽模拟试验装置的研制是成功的，达到了试验台设计要求，其测试结果可用来校核带隔墙结构隧道的单车压力波和会车压力波数值计算软件。 由于沉管隧道结构形式采用了特殊的管道组成方式，使得其流态和结构因素影响更为复杂，至今无现成的流动阻力实验数据可查。本文首次对列车在沉管隧道中运行时，隧道内空气流动的各种可能工况，进行了较详尽的风洞试验研究，这些试验数据可用于隧道压力波、隧道通风等隧道空气动力问题的研究与设计。 结合拟议中的南京长江沉管隧道的特点，研制了带隔墙结构的隧道压力波数值模拟软件，利用上述试验数据，检验了带隔墙结构的隧道压力波数值模拟软件的正确性。从计算结果同试验结果吻合来看，数值计算软件可用于预测复杂结构隧道压力波，并利用该软件对沉管隧道初步设计中提出的各种方案进行了数值分析，其结果为沉管隧道方案比选提供了空气动力效应优化的支持。 基于一维可压缩不等熵非定常流动模型，本文完善了不等速会车隧道压力波的数值计算方法和计算软件，首次在摆式列车与准高速列车不等速混行条件下，对单车、会车压力波动进行了数值分析，通过大量数值模拟分析，得出了混行条件下运行速度控制和减缓压力波措施的建议。 通过分析研究隧道压力波与微气压波的形成机理和特点，明确提出了隧道压力波与微气压波的本质特征都是次声波，通过检测隧道压力波和微气压波的次声信号可评估压力波等对人体影响的新方法，并初步研制检测隧道压力波和微气压波次声信号的检测设备。