高速铁路隧道横通道气动效应研究

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1、铁道建筑2011年第12期RailwayEngineering57文章编号：1003—1995(2011)12—0057-04高速铁路隧道横通道气动效应研究戴文，高波，赵文成(1．西南交通大学土木工程学院，四川成都610031；2．中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)摘要：利用三维、可压缩、非定常的Ⅳ一s方程和一s双方程湍流模型，通过有限体积法进行区域离散，对高速列车通过无横通道隧道和设置有横通道的双洞单线隧道时所引起的气动效应进行模拟。研究表明：横通道能有效减缓高速列车进入隧道时引起的气动效应；横通道的横截面积、长度以及个数等参数对其减缓气动效应有着

2、重要的影响；随着横通道个数的增加，最后一个横通道附近测点的压力梯度峰值随横通道个数的增加逐渐减小，洞外微压波压力值亦随之逐渐削减。关键词：高速铁路隧道横通道气动效应数值模拟压力梯度微压波中图分类号：U453．4文献标识码：A高速列车突入隧道时，由于空气流动受到列车壁口处压缩波的压力梯度成正比的结论。而列车过隧道面和隧道壁面的限制，列车前面将产生一个以声速向属于三维、可压缩、非定常湍流流动问题，因此本文在前传播的压缩波，当此波传至隧道出口时大部分向进分析横通道缓解隧道气动效应时，利用基于有限体积口产生膨胀波，同时另一小部分在隧道出口以脉冲波法的大型流体软件FLUENT6．

3、3通过求解三维、可压缩(即微压波)的形式向周围地区辐射出去，发生爆炸的Navier·Stokes方程，采用比较压力梯度降低率的方声，并使得隧道出口附近房屋的窗框、百叶窗等结构发法来反映降低微压波的效果。生剧烈振动，产生二次噪声问题。这将给隧道出口附1数值计算模型近居民的生活带来严重影响，而且随着列车速度的提高这种空气动力学效应会变得越来越严重。因此，微1．1控制方程压波是高速铁路沿线环境问题的一个不可忽视的列车过隧道的湍流流动问题非常复杂，为了保证因素引。车一隧耦合气动效应计算精度，本文采用黏性流体计在高速铁路建设中，对于双洞单线隧道通常会设算，并将空气视为理想气体，求

4、解Navier-Stokes方程置一些横通道，一方面出于施工要求，另一方面也可以(以下简称为Ⅳ一Js方程)，得到流场的数值解。起到运营期间救灾的作用。而研究结果表明，隧Ⅳ一s方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能道内合理设置横通道还能有效减缓隧道内瞬变压力和量守恒方程。洞口微压波效应，从而可以减少对洞口周围环境的影质量守恒方程为响，以及减少隧道净空面积，降低工程造价。。。然而+a(、pui)=0(、1)．利用横通道减缓高速列车进出隧道的空气动力学效式(1)中，为气体速度分量；p为气体密度；为坐标应，其影响因素很多，对于给定列车运行速度及隧道特分量。点的情况下，横通道参数

5、的确定将直接影响其缓解气动量守恒方程为动效应的优劣，因此有必要对这些参数进行研究。限于篇幅，本文重点研究了其中横通道的横截面积、长度昙()+去()一+以及个数这三个参数对洞口微压波压力大小的影响。关于微压波的研究方法，YAMAMOTO曾应用远毒差+差一警)]c2场、低频近似法得出了微压波的压力值与到达隧道出式(2)中，P为压强；tz为动力黏性系数；6为克罗内克符号，当i=时，i=1．0，当i#j时，=0。收稿日期：2011—05．11；修回日期：2011—09—09能量守恒方程为基金项目：铁道部科技发展计划资助项目(2008G031一M)作者简介：戴文(1985一)，男

6、，湖北武汉人，硕士研究生。击(pE)+矗(pE+p)]=毒(K瑟+u)(3)铁道建筑其中，=(考+罄一2)式(3)中，为绝对温度；E=CT，为单位体积总能，c为定容比热，为热传导系数。高速铁路隧道空气动力效应中雷诺数Re约为(a)隧道壁面及地面网格1×10远大于4000，处于湍流状态，因此需要引入湍流模式与Ⅳ一Js方程耦合求解。湍流模式采用标准的后一s模型。上述方程结合气体状态方程组成封闭方程组，即可对其进行数值求解。1．2计算模型实际CRH3动车组一般由8节车组成，本次简化计算采用单节车模型，CRH3动车组计算模型见图1，(b)横通道网格列车模型长度100I11，高度

7、为3．89II1，宽度为3．266m，图2计算网格图列车横截面积为11．624m。单线隧道长500m，其宽度为9．1m，高为7。69m，净空面积为70．0／／1，隧道阻道轨面高度2．0m，距离横通道侧隧道边墙0．8Il_。测塞比0．166，列车头部距离隧道入口30m，第一个横通点在隧道轴向的位置：无横通道工况距离隧道入口道距离隧道入口30m。10011，有横通道工况为距离最后一个横通道50m处。2数值计算结果及分析2．1横通道截面面积对隧道气动效应的影响关于横通道截面面积对隧道气动效应的影响，分别计算了单个横通道截面面积分别为15m，30