随着穿山隧道、跨海隧道的建设，超长隧道逐渐增多，出现了同一隧道中同方向行驶两列车的现象，两列车比单列车在隧道中运动引起的活塞风特性更加复杂，而活塞风对隧道环境及火灾控制都有重要的影响。本文采用理论模型和模型实验相结合的方法研究了超长隧道中两列车同时运动时的活塞风特性，为隧道空气质量及火灾控制提供了基础；另外，针对超长隧道模型实验及三维模拟存在的困难，提出了新的简化研究方法。论文完成的主要工作如下：
　　(1)基于非恒定流伯努利方程，建立了隧道多运动列车活塞风与列车长度、隧道长度、列车速度、阻塞比、行车间距、隧道阻力等因素之间关系的集总参数模型；提出了一种多重动网格耦合的CFD数值模型，能够对火灾工况及非火灾工况下的多运动列车隧道流场进行模拟；搭建了基于绝对运动的隧道模型实验台，验证了上述模型的准确性。
　　(2)利用集总参数模型，研究了隧道双运动列车的活塞风特性，分析了不同因素对活塞风的影响，对比了隧道双运动列车与单运动列车活塞风的不同变化规律；基于CFD数值模型，研究了活塞风对隧道空气质量与通风能耗的影响，通过充分利用活塞风，不同城市地铁隧道通风能耗可降低约13%~32%。
　　(3)针对双运动列车隧道发生火灾时，活塞风影响下的运动火灾烟气蔓延现象，基于集总参数模型，研究了纵向机械通风防止烟气逆流的临界风压风速及其影响因素，为隧道风机的选择提供了基础研究；利用CFD数值模型，研究了双运动列车隧道火灾的温度分布特征及6个不同因素的影响。
　　(4)针对相似理论指导下设计的超长隧道实验模型长度过长，实验场地难以容纳且不利于实验操作等问题，提出了变态模型，以缩短模型实验台的长度，通过对原型隧道流场和不同变态率的隧道流场进行的模拟显示，当变态率不大于4时，变态模型隧道与原型隧道的活塞风量误差小于10%。
　　(5)针对运动列车隧道三维动态模拟计算周期长、对计算机性能要求高等问题，提出了二维替代三维的简化模型，通过利用两种模型对不同隧道进行模拟显示，隧道风量计算结果相差不超过5%，二维模拟所需时间约为三维模拟的4%~13%，二维模拟占用计算机内存量为三维模拟的一半左右。