基于气动特性的单线隧道缓冲结构参数优化

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1、国内图书分类号：U451.3密级：公开国际图书分类号：624.9西南交通大学研究生学位论文基于气动特性的单线隧道缓冲结构参数优化年级二〇一五级姓名杨军申请学位级别工学硕士专业车辆工程指导老师李人宪教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U451.3U.D.C:624.9SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisOPTIMIZATIONOFSTRUCTURALPARAMETERSOFTHESINGLE-LINETUNNELENTRANCEHOOD

2、BASEDONAERODYNAMICPERFORMANCEGrade:2015Candidate:YangJunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor: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

3、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.本文采用计算流体力学三维动态仿真计算的方法，就300km/h速度等级单线隧道的缓冲结构进行研究分析，分析了缓冲结构对隧道内初始压缩波的影响。2.对断面

4、扩大开孔型缓冲结构参数进行优化，分析了断面扩大开孔型缓冲结构的长度、截面积、开孔率对隧道内初始压缩波的最大压力值和最大压力梯度值的减缓效果的影响，得到最优断面扩大开孔型缓冲结构参数。3.对喇叭形缓冲结构参数进行优化，分析了喇叭形缓冲结构的长度、截面积对隧道内初始压缩波的最大压力值和最大压力梯度值的减缓效果的影响，得到最优喇叭形缓冲结构参数。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

5、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页摘要高速列车突然进入隧道时，会在隧道入口处产生一个压缩波，压缩波以近似声速的速度沿着隧道方向传播，大部分能量将在隧道出口释放，形成微气压波，会对周围环境产生噪声污染。为了减缓列车在隧道内运行时的压力波动和隧道出口的微气压波现象，在隧道入口处修建缓冲结构，可以有效地减小初始压缩波的压力值和压力梯度值。为了优化单线隧道缓冲结构参数，本文

6、基于三维、非稳态、可压缩流体控制方程并结k-ε两方程湍流模型，采用计算流体力学三维动态仿真计算的方法，分析了缓冲结构参数单因素变化对隧道内初始压缩波的最大压力值和最大压力梯度值的减缓效果的影响，并设计多因素计算方案来研究缓冲结构参数对初始压缩波减缓效果的影响，分别对断面扩大开孔型缓冲结构和喇叭形缓冲结构参数进行了优化。计算分析结果表明：（1）断面扩大开孔型缓冲结构各参数对压缩波的最大压力梯度值的交互影响十分明显。通过缓冲结构的多参数综合优化得到：缓冲结构的长度为80m，截面积为120m2，开孔率为40

7、%时，最大压力梯度值能得到有效降低；最大压力值最小时所对应的缓冲结构长度为80m，截面积为140m2，开孔率为20%。主要考虑压力梯度减小的优化，则本文计算模型所得到的单线隧道最优断面扩大开孔型缓冲结构参数为：长度为80m，截面积为120m2，开孔率为40%。（2）对于修建有喇叭形缓冲结构的隧道，初始压缩波的最大压力值主要受缓冲结构长度影响，最大压力梯度值主要受缓冲结构截面积影响。当喇叭形缓冲结构的长度为120m，截面积为240m2时，最大压力值和最大压力梯度值都得到了最有效降低。主要考虑压力梯度减小

8、的优化与建造成本的影响，本文计算模型所得到的单线隧道最优喇叭形缓冲结构参数为：长度为80m，截面积为240m2。关键词：高速铁路；隧道缓冲结构；压缩波；数值计算西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWhenthehigh-speedtrainsuddenlyentersintoatunnel,acompressionwavewillbegeneratedattheentranceofthetunnel.Anditwillpropagate