高铁隧道内压缩波传播规律及微气压波声学特性初步分析

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1、国内图书分类号：[O355]密级：公开国际图书分类号：5西南交通大学研究生学位论文高铁隧道内压缩波传播规律及微气压波声学特性初步分析年级二〇一五级姓名刘金通申请学位级别工学硕士专业动力机械及工程指导老师李人宪教授二〇一八年五月ClassifiedIndex:[O355]U.D.C:5SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisNUMERICALANALYSISOFCOMPRESSIONWAVEDEFORMATIONANDPRELIMINARYACOUSTICCHARACTERISTICSOFMICROPRESSURE

2、WAVEGrade:2015Candidate:LiuJintongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:PowerMachineryandEngineeringSupervisor:Prof.LiRenxianMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描

3、等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1.通过数值计算论证了隧道内压缩波传播过程的波前变形不仅与压缩波的传播惯性和摩擦损耗等因素有关，而且与隧道内列车的运动产生的能量输入有关。2.通过数值计算得到足够长隧道内压力梯度最大值的出现位置与车速和阻塞比之间的关系式。3.计算得到了压缩波波前压力梯度最大值在隧道出口的衰减过程。4.以人耳听阈曲线作

4、为判定依据，计算得到了隧道出口出现微气压波爆破音现象的原因。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要高速铁路隧道内压缩波传播至隧道出口时生成的微气压波对周围环境会产生负面影响，某些情况下还会出现隧道出口爆破音现象。随着铁路的运营速度的不断提升，列车进入隧道时引起的压缩

5、波以及隧道出口微气压波噪声等现象将更加明显。本文主要对高速铁路长隧道内压缩波传播过程中波前变形规律和隧道出口外微气压波声学特性两部分内容展开计算分析。在进行隧道内压缩波传播规律计算分析时，基于三维、非稳态、可压缩流体流动控制方程，并结合k−ε两方程紊流模型，运用有限体积法求解隧道内流体流动控制方程，计算了压缩波的传播及变形过程；分析了压缩波波前压力梯度最大值的变化规律；计算了压缩波波前压力梯度最大值在隧道出口的衰减变化过程。在进行隧道出口外微气压波声学特性分析时，运用大涡模拟法计算隧道出口外微气压波的流场参数，并基于Lighthill声类比理论建立有限元计算模型

6、，计算得到了隧道出口外某时刻微气压波噪声声场分布情况。主要结论有：（1）高速铁路长隧道内压缩波传播过程中的波前变形不仅与初始压缩波生成时的惯性运动和气体摩擦相关，而且与列车在隧道中的运动相关。压缩波的传播惯性和列车在隧道内运动产生的能量输入使得波前压力梯度最大值有增大的趋势，而湍流动能耗散和摩擦作用使得波前压力梯度最大值有减小的趋势。在计算范围内得到了隧道内压力梯度最大值出现位置与列车在隧道中的运行速度和隧道阻塞比之间的关系式。（2）压缩波传播至隧道出口附近时，压缩波幅值和波前压力梯度最大值有较大幅度下降。计算结果表明，下降的始点位置在隧道内距出口100米左右。

7、如果隧道长度恰好为足够长隧道内出现压力梯度最大值的位置时，隧道出口处压力梯度值最大。为有效降低隧道出口处的压力梯度值，隧道长度应避开基于微气压波幅值最大的最不利隧道长度。（3）根据Lighthill声类比理论，可将隧道出口微气压波噪声声源类比为四极子源引起的噪声。以人耳听阈曲线作为判定依据，在隧道长度为500m、阻塞比为0.2的隧道出口外微气压波噪声计算模型中，当列车进入隧道的速度大于300km/h时，隧道出口将会出现微气压波爆破音现象。关键词铁路隧道；压缩波；变形；微气压波；爆破音；声类比理论；有限元法西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAm

8、icro-pressur