山区隧道条件高速列车车体气密性特征的数值模拟研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sky_fly_sk
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纵观高速铁路相关技术的国内外发展,各国依据不同的国情需要、地缘经济、技术储备等因素突显各自不同的高速铁路特点,以日本为代表的国家更加追求铁路的经济性,以法国、德国为代表的欧洲国家更加追求科技化和舒适性。我国吸收世界各国高速铁路发展经验,引进先进高速铁路技术,即今为止形成自主创新的高速铁路中国模式。为满足和掌握“一带一路”沿线国家不同的需求特征,对运营列车相关设计、制造、试验、评估等完善技术体系,科技部发布了国家重点研发计划先进轨道交通专项“时速400公里及以上高速客运装备关键技术研究”本文研究内容基于此项目的支持下开展。列车通过隧道时,受到隧道断面狭小空间的限制,车头车尾驶入隧道时分别对空气产生了压缩和膨胀的效果,以波的形式在隧道内往复传播引起了一系列的高速铁路隧道压力波效应,随着高速铁路技术和隧道工程的建设,对列车速度和隧道长度的需求更高,而高速列车通过隧道时产生的瞬态压力波动向内传递会引起列车内司乘人员耳感不舒适的问题,这对提高列车的气密性能和车内压力舒适性标准都提出了新的考验。针对上述现象和问题,本文研究如下工作:1)总结自上世纪60年代起国内外高速铁路隧道压力波效应、高速列车空气动力学问题、气密性研究方法和国内外车内压力舒适性标准;2)总结基于一维不等熵流动模型的车外压力计算方法和基于时间常数、泄漏面积、变形因子k的泄漏模型的车内压力计算方法,提出了车体气密性阈值计算方法,系统性推导动态时间常数tdyn的定义式,得到车内压力计算公式:(?)3)选取列车通过中长、长、特长隧道不同长度类型隧道长度情况,建立无量纲时间历程特征,分析高速列车车内外压力波动的形成过程。基于CR400BF型中国标准动车组的计算参数,研究列车速度、隧道长度、时间常数对车内压力波的影响,研究发现:(1)速度对间隔时间车内压力波动的影响呈线性特征;(2)隧道长度对间隔时间车内压力波动的影响呈明显先增长后下降的非线性特征;(3)作为衡量车体气密性能指标,时间常数越大,车体气密性能越高;(4)在长大隧道条件下,基于不同组织机构车内压力舒适性标准,其严格程度:德国标准>UIC标准>中国标准>ERRI标准4)根据隧道长度随车内压力变化波动呈现先上升后下降的非线性特征,系统性提出基于车内压力舒适性条件的最不利隧道长度,根据研究结果:当隧道长度Ltu≤3km时可选用单一型车内压力舒适性标准进行评估;当隧道长度Ltu≥10km应考虑使用复合型车内压力舒适性标准进行评估。5)将隧道长度的影响考虑入车内压力舒适性标准中,建立压力阈值(35)Pmax、间隔时间(35)t与最不利隧道长度Lcrit三者的相互拟合关系,提出新型考虑隧道长度的车内压力舒适性判据方法。本文从分析高速列车车内外压力形成与影响因素入手,基于车内压力舒适性条件数值模拟最不利隧道长度值,拟合推导相关变量数学关系,提出新型复合型车内压力舒适性判据,期待该判据方法对特长隧道条件下车内压力舒适性评定和车体气密性能制造提供参考意义。
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