应用谱差分caa方法预测高速列车过隧气压爆波5

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1、基于高阶谱差分的CAA模型预测高速列车过隧气压爆波杨志刚，谭晓明，梁习锋，任鑫(中南大学轨道交通女全教育部重点实验室湖南反沙410075)摘要：高速列车进入隧道产生的压缩波到达隧道出口时，一部分能量以膨胀波的形式反射，另一部分能量向外辐射，形成气压爆波。随着速度的提高，高速列车过隧气压爆波的非线性效应显现，传统CFD方法的務度冇待捉高。木文采用基于高阶谱差分的CAA方法，对简化的轴对称I•员1管，采用光滑的类阶梯波近似模拟隧道内的压缩波，数值研究了轴对称岡管管口气压爆波的产生和近场辐射特性。高阶谱差分CAA方法保证了局部格式的精度和计算稳定性，混合非结构网格的

2、高精度谱离散降低了方法的实际应用难度。通过对边界区域的精度分析，检验了该方法的合理性。通过与缩比实验结果的比较，验证了该数值方法的准确性和可靠性。关键词：气压爆波；PML边界条件；高阶谱差分；计算气动声学；非线性特性中图分类号：125文献标识码：AThePredictionofMicro-pressureWavewiththeCAAModelBasedonHighOrderSpectralDifference(乙GYang,X.M.Tan,X.F.Liang,XinRen)(KeyLaboratoryofTrafficSafety.CentralSourceU

3、niversity,Changsha,410075,P.R.China)Abstract：Nonlinearacousticaleffectsofmicro-pressurewaveattheportalareshownobviouslywhen300km/hhigh-speedtrainsgetthroughthetunnel.Thepressurefluctuationisabouttheorderofmagnitudeof102PawhichcouldnotbesimulatedaccuratelybyusingtraditionalCFDmethcxl

4、(2orderprecision).TheCAAmodelwithhigh-orderspectraldifferencemethodisanalterativeway.CAAmethodcankeeptheaccuracyofHuidandacousticvariablessimultaneouslyforregionwithstrongnonlinearacousticaleffects.High-orderspectraldifferencemethodisusedtoinvolveunstructuredgridtoachievehighcomputa

5、tionalefficiencyandgoodgeometricflexibility・Micro-pressurewaveexperimentswereperfonnedbyusingscaledtunnelmodelandscaledtrainmodelforthespeedof200〜350kin/h・Computationalanalysiswasappliedtomodelthemicro-pressurewavebyusingthe2dimensionalaxis-symmetricCAAmodelwith3-ordcrspectraldiffcr

6、cneemethod.Theresultsoftheexperimentswereingoodagreementswiththeresultsofnumericalcalculations.Keywords：micro-prcssurcwave,PMLboundarycondition,highorderspectraldifference,CAA,nonlinearcharacteristic・1.简介气压爆波是由于列车出入隧道产牛的压力波传播到隧道另一端解放并向周用辐射的脉冲波，其产生强烈的空气爆鸣声，对环境造成噪声污染。对气压爆波的大小和传播特性进行快速

7、、准确预测，有助于高速铁路和高速列车的优化设计。Lighthill声类比等经典理论模型已经广泛应用于高速列布过隧气压爆波的研究[1,2]o一般认为，当列车速度较低时（一般认为小于250km/h),声类比线化模型能够较准确的描述隧道口外20m〜5()m范用内的微气压波幅值，其幅值一般小于100Pa［3Jo近年來，随着高速列车速度的进一步提高，气压爆波的近场非线性效应显现。在2009年的武广高铁以及2011年京沪高铁350km/h隧道空气动力洋效应实车试验研究中发现，隧道口外20m位置的气压爆波幅值均超过了200Pa,其波形畸变现彖明显［4］,其至形成类似三角波形

8、。在这种情况卜S经典的声类比线化模型不