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大断面隧道气动效应的研究

王剑英  
【摘要】:高速列车进出隧道所产生的空气动力学效应是现阶段高速铁路隧道设计所面临的首要问题。当列车以较高速度通过隧道时,将会在隧道内产生明显的压力波动和引起隧道出口处的微气压波现象,瞬变压力的峰值、压力梯度及出口微气压波等主要因素,直接影响行车安全、旅客乘车舒适度以及隧道出口的环境问题。为了适应我国铁路发展的需要,有必要对隧道空气动力学效应的规律及其减缓措施进行深入研究。 针对我国的高速铁路发展计划,从理论推导、模型试验和数值计算三方面对4个大断面隧道(单线、双线)的压力波动的传播规律进行分析,讨论了高速列车进出隧道的气动效应以及双线隧道会车时复杂压力场下的压力波动的影响因素、减缓措施等。对隧道出口微气压波进行理论推导和数值计算对比,验证了数值计算的可靠性;得到隧道断面积、列车时速与最大瞬变压力及压力梯度的关系,验证了当双线隧道时速达到350km及以上时断面需扩大到100m~2同时讨论了典型的缓冲结构,得到了阶梯开口型缓冲结构的减压效果最优,缓冲结构长度直接影响减压效果;双线隧道会车时复杂的压力场与隧道长度、会车速度、以及会车位置相关,不同的车速对应有最不利隧道长度,会使会车压力波加倍上升,影响行车安全。分析隧道气动效应的影响因素,隧道长度、道床形式以及车头形状对于压力波的传播有重要影响。


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