求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法技术

一种求解长大隧道、隧道群空气动力效应的方法，所述方法包括：对隧道内的空气动力效应采用一维特征线法模拟，隧道出口及隧道群两相邻隧道间的流场计算采用三维可压缩ＳＩＭＰＬＥ算法模拟；对上述两种算法所得结果，在远离隧道口、三维效应可以忽略的位置进行数据交换，模拟并得到隧道内流场的空气压力变化和隧道出口的微气压波。本发明专利技术兼顾计算长大隧道、隧道群空气动力效应的效率和精度，实现了高速列车通过隧道及两车在隧道内交会时，隧道内空气压力变化幅值、微气压波、列车风的求解。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于列车隧道空气动力效应及缓解措施技术，具体的涉及一种尤其适用于长大隧道、隧道群空气动力效应及缓解措施方面的三维/一维耦合求解隧道空气动力效应的计算方法。
技术介绍
高速铁路是世界铁路客运发展的方向。但随着列车速度的提高，不仅列车空气阻力急剧增大、能耗增加，还因列车高速交会、通过隧道等，出现了一系列危及行车安全、降低旅客舒适度和影响周围环境的列车空气动力问题。列车在隧道内运行的空气动力特性与明线运行空气动力特性显著不同。列车高速通过隧道，类似于活塞在气缸内运动，当列车头、尾部进、出隧道瞬间，绕列车运动的气流受到隧道壁面制约形成压缩波、膨胀波，这两种波在隧道内以音速向前传播并在另一端隧道口反射，导致隧道内不同空气压力波的相互叠加，使隧道内空气压力发生剧烈变化，同时由于压缩波在隧道出口的突然膨胀还会产生影响环境的微气压波，这一现象随着列车运行速度的提高进一步加剧；而明线上绕列车流动的空气可以向四周自由扩散，不会引起大的压力变化。列车在隧道内引起的上述空气动力效应对列车运行安全性、经济性、旅客舒适性及隧道周围的环境均有不良影响，具体表现在以下5个方面：(1)影响旅客舒适性。在隧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述方法包括：对隧道内的空气动力效应采用一维特征线法模拟，隧道出口及隧道群两相邻隧道间的流场计算采用三维可压缩ＳＩＭＰＬＥ算法模拟；对上述两种算法所得结果，在远离隧道口、三维效应可以忽略的位置进行数据交换，模拟并得到隧道内流场的空气压力变化和隧道出口的微气压波。

【技术特征摘要】
1.一种求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述方法包括：对隧道内的空气动力效应采用一维特征线法模拟，隧道出口及隧道群两相邻隧道间的流场计算采用三维可压缩SIMPLE算法模拟；对上述两种算法所得结果，在远离隧道口、三维效应可以忽略的位置进行数据交换，模拟并得到隧道内流场的空气压力变化和隧道出口的微气压波。2.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述一维特征线法模拟的方法包括：将列车/隧道耦合空气动力问题简化为可压缩、非定常、不等熵的一维流动来处理；在控制方程中将隧道内空气流动有效截面积作为时间和距离的二元函数。3.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述一维特征线法模拟的方法包括采用非定常可压缩不等熵模型并对该模型进行如下简化：列车在隧道内的运行过程简化为圆柱形列车在圆柱形隧道内的运行过程，并将隧道内空气流动有效截面积看作是时间和距离的二元函数；对实际列车三维流线型头部外形截取多个截面得到实际面积，将各截面面积及其距列车鼻尖距离作为计算参数输入，然后采用拉格朗日插值得到计算所需的列车流线型头部任意截面的面积参数。4.根据权利要求3所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述对非定常可压缩不等熵模型进行的简化还包括：对碎石道床隧道的计算，添加了线性阻抗+孔隙模型。5.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述隧道出口及隧道群两相邻隧道间的流场计算的方法包括：采用k-ε两方程湍流模型中的标准k-ε湍流模型建立三维数学模型，并对该三维数学模型进行物理空间与计算空间的转换，最后基于非正交曲线坐标系下求解可压缩SIMPLE算法。6.根据权利要求5所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：田红旗，周丹，鲁寨军，杨明智，熊小慧，李志伟，李燕飞，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]