京沪高铁隧道洞门对隧道空气动力效应影响的研究

论文摘要

高铁线路中新型隧道洞门使用广泛,在当前动车组车速较高的情况下,如何利用隧道洞门结构较好的缓解隧道空气动力效应已成为高速铁路隧道设计和既有线隧道为适应列车提速必须考虑并解决的关键问题。本文通过求解三维、可压缩、非定常N-S方程,采用滑移网格技术真实模拟隧道内空气的复杂流动,并结合动模型试验,对高铁线路中新型隧道洞门形式下的隧道空气动力效应进行了系统研究,得到了以下重要结论：隧道入口洞门护坡结构的面积及其斜切斜率基本不影响隧道空气动力效应,隧道出口洞门护坡面积增至9倍隧道净空面积过程中,微气压波幅值明显增大,之后其不随着护坡面积的增大而改变,当出口护坡由竖直变化至斜率1：1.125时,微气压波幅值随着斜切斜率的减小线性降低,之后其基本不随斜率变化而变化。在隧道的入口端,相比传统的端墙式隧道洞门,新型隧道洞门对车体表面、隧道壁面最大压力幅值基本无影响,但其可缓解初始压缩波的压力梯度和隧道出口微气压波,其中帽檐斜切式隧道洞门的缓解效果最好,另外隧道出口微气压波随隧道洞门斜切斜率的减小近似成线性关系降低。明确了断面扩大无开孔缓冲结构最佳长度和断面扩大率,得出帽檐斜切式隧道洞门与缓冲结构组合后,隧道出口微气压波相比仅有缓冲结构时的变化规律,在本文研究的开孔式组合洞门中,确定了对隧道气动效应缓解效果最好时的洞门开口率及开孔方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 隧道空气动力效应国内外研究现状
• 1.3 课题的研究意义
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 隧道空气动力学效应研究方法
• 2.1 隧道空气动力学效应数值方法理论基础
• 2.1.1 数值计算的基本控制方程
• 2.1.2 边界条件
• 2.1.3 列车过隧道滑移网格技术
• 2.1.4 计算网格
• 2.2 隧道空气动力学效应大型动模型试验研究
• 2.2.1 动模型试验系统简介
• 2.2.2 模型试验相似准则的确定
• 2.2.3 模型试验工况
• 2.2.4 试验模型布置
• 2.2.5 动模型试验重复性分析
• 2.2.6 动模型试验隧道内三维效应分析
• 2.3 动模型试验与流场数值计算结果比较
• 2.3.1 端墙式洞门隧道空气动力效应结果比较
• 2.3.2 等环斜切式洞门隧道空气动力效应结果比较
• 2.3.3 帽檐斜切式洞门隧道空气动力效应结果比较
• 2.3.4 仅有缓冲结构时隧道空气动力效应结果比较
• 2.3.5 组合洞门隧道空气动力效应结果比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 端墙式洞门下隧道气动效应的研究
• 3.1 流场数值计算
• 3.1.1 数值计算模型
• 3.1.2 数值计算区域
• 3.2 CRH3动车组过隧道压力变化历程
• 3.2.1 隧道内压力波的传播规律
• 3.2.2 CRH3动车组通过端墙式洞门隧道时的隧道空气动力效应
• 3.3 不同动车组对隧道空气动力效应的影响
• 3.3.1 车体表面、隧道壁面瞬变压力变化比较
• 3.3.2 隧道出口微气压波比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 隧道洞门及其护坡对隧道空气动力效应影响的研究
• 4.1 隧道洞门护坡斜率及面积对隧道空气动力效应的影响研究
• 4.1.1 护坡斜切斜率对隧道空气动力效应的影响
• 4.1.2 隧道出口洞门护坡面积对隧道空气动力效应的影响
• 4.2 不同隧道洞门形式下的隧道空气动力效应比较
• 4.2.1 车体表面、隧道壁面瞬变压力变化
• 4.2.2 隧道洞门对微气压波的影响
• 4.3 隧道洞门斜切斜率对隧道空气动力效应的影响
• 4.3.1 车体表面、隧道壁面瞬变压力变化
• 4.3.2 隧道洞门对微气压波的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 组合洞门形式对隧道空气动力效应影响的研究
• 5.1 断面扩大无开孔缓冲结构对隧道空气动力效应的影响
• 5.1.1 车体表面和隧道壁面瞬变压力变化
• 5.1.2 隧道出口微气压波变化
• 5.2 等截面无开孔缓冲结构与组合洞门形式下隧道空气动力效应比较
• 5.2.1 车体表面和隧道壁面瞬变压力变化
• 5.2.2 隧道出口微气压波比较
• 5.3 组合洞门形式对隧道空气动力效应的影响
• 5.3.1 组合洞门开口位置对隧道空气动力效应的影响
• 5.3.2 组合洞门开口率对隧道空气动力效应的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间参加的科研项目及发表的论文情况