高速列车穿越隧道时压缩波压强梯度的影响因素及缓冲结构分析

论文摘要

当列车以高速进入隧道时,在车头的前方将产生压缩波。压缩波沿着隧道的方向进行传播,并在隧道出口处以微压波的形式向周围辐射。通过气动声学的分析,其对环境的影响与破坏程度正比于压缩波压强梯度的最大值。本文运用数值方法对简化的二维轴对称列车模型进入隧道的过程进行了模拟,并对压缩波压强梯度进行了计算。计算的结果同前人的实验得到了较好的吻合。并以此为基础,进一步计算分析了速度、阻塞比以及车头线型与长宽比等因素对压缩波压强梯度最大值的影响,对所得到的规律进行了分析与总结。在前人的基础上,对压缩波压强梯度最大值的计算公式进行了总结与发展。同时,为了削弱微压波所造成的影响,本文提出了两种类型的缓冲结构:挡墙缓冲结构与截断式缓冲结构。并采用未加与添加缓冲结构时,压缩波压强梯度最大值的比值作为考量缓冲效果的标准。通过大量工况的模拟对两类缓冲结构的效果进行了全面系统的分析。此外,还针对两类缓冲结构的特点,分析并研究了特定条件下挡墙缓冲结构与截断式缓冲结构的最佳尺寸。通过对缓冲结构尺寸的优化与合理设计,可以有效地削弱压缩波压强梯度最大值,从而达到减小微压波的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 表格索引
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 微压波的产生原理及危害
• 1.2 微压波的影响因素及研究现状
• 1.3 常见的隧道缓冲结构及相关研究
• 第二章 基本方程和数值模拟方法
• 2.1 数学模型
• 2.1.1 气体动力学基本理论
• 2.1.2 湍流模式
• 2.2 数值方法
• 2.2.1 有限体积法
• 2.2.2 差分格式
• 2.2.3 时间项的离散
• 2.2.4 SIMPLEC 算法
• 2.2.5 动网格
• 2.3 计算模型的准确性验证
• 2.3.1 基本几何模型模型及网格与边界条件
• 2.3.2 缓冲结构几何模型模型及边界条件
• 2.3.3 收敛性验证
• 2.3.4 准确性的校验
• 第三章 压缩波压强梯度最大值影响因子分析
• 3.1 阻塞比与速度对压缩波压强梯度的影响
• 3.2 车头形状及长度对压缩波压强梯度最大值的影响
• 3.3 结果分析
• 第四章 挡墙缓冲结构的分析
• 4.1 挡墙宽度对压缩波压强梯度最大值的影响
• 4.1.1 计算工况简介
• 4.1.2 压缩波压强梯度的时间历程
• 4.1.3 挡墙宽度对压缩波压强梯度最大值的影响
• 4.1.4 隧道内压力波的演化分析
• 4.2 挡墙厚度对压缩波压强梯度最大值的影响
• 4.2.1 压缩波压强梯度的时间历程
• 4.2.2 挡墙厚度对初始压缩波压强梯度最大值的影响
• 4.2.3 最佳挡墙尺寸的选择
• 4.3 小结与展望
• 4.3.1 本章小结
• 4.3.2 本章展望
• 第五章 截断式缓冲结构的分析
• 5.1 缓冲罩长度对压缩波压强梯度最大值的影响
• 5.1.1 计算工况简介
• 5.1.2 压缩波压强梯度的时间历程
• 5.1.3 缓冲罩长度对压缩波压强梯度最大值的影响
• 5.1.4 压缩波压强梯度时间历程随缓冲罩长度增加的演化分析
• 5.2 截断间距对压缩波压强梯度最大值的影响
• 5.2.1 截断间距对压缩波压强梯度最大值的影响
• 5.2.2 对于特定的缓冲罩长度，最优工况所对应的截断间距
• 5.2.3 典型尺寸及其相应的压缩波压强梯度最大值
• 5.3 小结与展望
• 5.3.1 本章小结
• 5.3.2 本章展望
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢