• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看

      ?

      復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路隧道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)及緩解措施

      2020-05-08 04:59:08陶偉明史憲明
      高速鐵路技術(shù) 2020年2期
      關(guān)鍵詞:明線明洞空氣阻力

      陶偉明 吳 劍 史憲明

      (1.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司, 成都 610031;2.中鐵西南科學(xué)研究院有限公司, 成都 611731)

      高速鐵路隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)問題主要包括隧道內(nèi)壓力波的形成及傳播、列車氣動(dòng)阻力的變化和隧道洞口的微氣壓波,其直接影響列車運(yùn)行安全性、工程經(jīng)濟(jì)性、乘員舒適性以及隧道周邊環(huán)境等。

      上世紀(jì)60年代日本新干線投入運(yùn)營后,以日、法、德、英為代表的發(fā)達(dá)國家圍繞高速鐵路隧道空氣動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)行了大量研究。日本由于列車速度較低、隧道凈空斷面較小且大多采用無砟軌道,在改善列車流線型和密封性能后,研究重點(diǎn)側(cè)重于微氣壓波的形成機(jī)理、傳播規(guī)律、計(jì)算方法以及削減措施[1-4]。西歐國家由于列車速度較高、隧道凈空斷面較大且大多采用有砟軌道,對洞口微氣壓波的研究較少,但在隧道壓力波、乘車舒適度以及列車空氣阻力方面的研究較多[5-8]。自上世紀(jì)90年代起,我國采用模型試驗(yàn)、現(xiàn)場測試、理論分析和數(shù)值模擬等手段,比較全面地開展了高速鐵路隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)方面的研究工作[9-16],形成了一套高速鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。

      盡管國內(nèi)外在前期對高速鐵路隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究,但絕大多數(shù)是以列車通過單個(gè)隧道為前提開展的。結(jié)合我國鐵路最新的發(fā)展形勢,仍有諸多問題需要解決,復(fù)雜艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路隧道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)就是其中之一,且截止目前,其相應(yīng)的研究還鮮為少見[17-18]。

      基于此,本文從壓力波動(dòng)、空氣阻力和微氣壓波這幾個(gè)方面入手,明確了隧道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)與單個(gè)隧道的差異,闡述了隧道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的變化規(guī)律,提出了相應(yīng)的緩解措施以及隧道群連接明洞的設(shè)置原則,以期為高速鐵路隧道設(shè)計(jì)工作提供參考。

      1 隧道群與單個(gè)隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的差異

      1.1 壓力波動(dòng)

      車長為200 m的列車以350 km/h的速度,通過由3個(gè)長度分別為370 m、630 m和 1 000 m的隧道(明線間距均為50 m)組成的隧道群時(shí),其車頭氣壓曲線如圖1所示。

      圖1 列車通過隧道群時(shí)的車頭壓力波動(dòng)曲線圖

      由圖1可以看出,較之等長(含明線間距)單個(gè)隧道,列車通過隧道群過程中,由于較為“頻繁”地進(jìn)出隧道,使得隧道群內(nèi)列車車體承受的壓力波動(dòng)次數(shù)明顯增多,即列車在隧道群中運(yùn)行時(shí),車體表面保持壓力恒定的時(shí)間明顯短于單個(gè)等長隧道。組成隧道群的隧道長度越短,明線間距越小,這種現(xiàn)象就越明顯,對車體強(qiáng)度和車內(nèi)乘客舒適度的保持就愈加不利。

      1.2 空氣阻力

      為考察隧道群與單個(gè)隧道在空氣阻力方面的差異,分別對列車通過等長單一隧道和隧道群的空氣阻力進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算工況如表1所示。其中,隧道群由3個(gè)長度分別為1 km、3 km和5 km的隧道組成,明線間距均為50 m。

      表1 空氣阻力計(jì)算工況表

      列車分別通過隧道群及等長單個(gè)隧道時(shí)的空氣阻力計(jì)算結(jié)果如表2所示,列車通過隧道群時(shí)的空氣阻力曲線如圖2所示。

      表2 空氣阻力計(jì)算結(jié)果表

      圖2 列車通過隧道群時(shí)的空氣阻力曲線圖

      由表2和圖2可知,列車通過隧道群時(shí)的平均空氣阻力和最大空氣阻力均較通過等長單個(gè)隧道時(shí)有所減小,其中平均空氣阻力減小了1.6%,最大空氣阻力減小了0.3%。其原因在于列車在隧道群中運(yùn)行時(shí),部分時(shí)間處于明線之上,且前一個(gè)隧道的活塞風(fēng)對后一個(gè)隧道有所影響。

      1.3 洞口微氣壓波

      (1)單個(gè)列車運(yùn)行時(shí)洞口微氣壓波的差異

      車速350 km/h、車長200 m的列車分別通過明線間距為30 m、50 m、75 m、100 m的隧道群時(shí),第一個(gè)隧道出口20 m、50 m處的微氣壓波峰值和單個(gè)隧道(隧道長與隧道群中的第一個(gè)隧道長度相等)同一位置處的微氣壓波峰值計(jì)算結(jié)果如表3所示,相對量曲線如圖3所示。隧道斷面面積為70 m2,隧道群中每個(gè)隧道的長度均為 1 000 m。

      表3 微氣壓波計(jì)算結(jié)果表

      圖3 微氣壓波峰值相對量圖

      由表3和圖3可知,受相鄰隧道洞門墻的影響,隧道群明線間距上測點(diǎn)的微氣壓波峰值較單個(gè)隧道同一位置處有所增大,且明線間距越小,增大越顯著。隧道群明線間距大于100 m時(shí),隧道群洞口微氣壓波峰值與單個(gè)隧道基本相同。

      (2) 兩列列車相向運(yùn)行時(shí)洞口微氣壓波的差異

      兩列列車分別從隧道群兩側(cè)相向運(yùn)行時(shí),兩隧洞口的微氣壓波可能會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在明線范圍內(nèi),當(dāng)微氣壓波頻率十分接近時(shí),兩隧洞口的微氣壓波會(huì)在明線某處產(chǎn)生疊加,使得微氣壓波峰值大幅增加,如圖4所示。

      圖4 隧道群微氣壓波疊加示意圖

      2 隧道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)變化規(guī)律

      隧道群是由具有一定明線間距的單個(gè)隧道組成的,單個(gè)隧道的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)變化規(guī)律同樣適用于隧道群,但隧道群和單個(gè)隧道在空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)上的差異,使得道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的影響因素及變化規(guī)律具有獨(dú)特之處。

      2.1 隧道群壓力波動(dòng)

      (1)隧道內(nèi)及車體表面壓力波動(dòng)

      模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果均表明,高速列車通過隧道群時(shí),隧道間距對隧道內(nèi)及車體表面壓力波動(dòng)的影響不大,可以忽略。

      (2) 密封列車車內(nèi)壓力波動(dòng)

      計(jì)算車長為200 m的列車,以350 km/h的速度通過由3個(gè)隧道組成的隧道群時(shí),車頭和車尾內(nèi)的瞬變壓力,以考察不同明線間距下密封列車車內(nèi)瞬變壓力的變化規(guī)律。3個(gè)隧道的斷面面積均為100 m2,長度均為0.5 km。列車動(dòng)態(tài)密封指數(shù)為2~20 s(2 s為1個(gè)計(jì)算間隔)。隧道群中各隧道之間明線間距相同,分別為30 m、50 m、100 m、150 m和200 m。列車通過隧道群時(shí)車內(nèi)瞬變壓力的計(jì)算結(jié)果如表4所示,列車通過明線間距為30 m的隧道群時(shí),車頭和車尾內(nèi)的氣壓變化曲線分別如圖5、圖6所示。

      表4 列車通過隧道群時(shí)車內(nèi)瞬變壓力計(jì)算結(jié)果表

      圖5 車頭內(nèi)壓力變化曲線圖

      圖6 車尾內(nèi)壓力變化曲線圖

      由計(jì)算結(jié)果可知,密封列車車頭瞬變壓力與明線間距無關(guān),車尾瞬變壓力總體上隨著明線間距的增大而減小。

      2.2 隧道群空氣阻力

      通過計(jì)算列車通過3個(gè)長度相同,明線間距不同的隧道群時(shí)對應(yīng)的空氣阻力,來考察明線間距對隧道群空氣阻力的影響,計(jì)算工況如表5所示。

      表5 計(jì)算工況表

      列車通過單個(gè)隧道以及明線間距分別為50 m、100 m和150 m隧道群時(shí)的平均空氣阻力和最大空氣阻力如表6所示。

      表6 列車通過單個(gè)隧道及不同明線間距隧道群時(shí)的空氣阻力表

      工況平均空氣阻力/kN平均空氣阻力增加值/%最大空氣阻力/kN最大空氣阻力增加值/%單個(gè)隧道(長2 km)84.52-112.82-隧道群(每個(gè)隧道長2 km,間距50 m)84.780.15115.512.38隧道群(每個(gè)隧道長2 km,間距100 m)84.890.28114.721.68隧道群(每個(gè)隧道長2 km,間距150 m)85.110.54113.670.75

      由表6可以看出,較之單個(gè)隧道,隧道群明線間距為50 m時(shí),列車平均空氣阻力和最大空氣阻力分別增大0.15%和2.38%;明線間距為100 m時(shí),列車平均空氣阻力和最大空氣阻力分別增大0.28%和1.68%;明線間距為150 m時(shí),列車平均空氣阻力和最大空氣阻力分別增大0.54%和0.75%。這說明隧道群的列車平均空氣阻力和最大空氣阻力較單個(gè)隧道均有一定程度的增加。隨著明線間距的增大,列車在明線上運(yùn)行時(shí)間的占比提高,最大空氣阻力增加的趨勢有所減小;但前一個(gè)隧道活塞風(fēng)對后一個(gè)隧道影響的減弱,使得平均空氣阻力的增加趨勢有所提升。

      2.3 隧道群洞口微氣壓波

      (1)單列列車通過隧道群

      隧道群明線間距小于100 m時(shí),隧道群洞口微氣壓波峰值有所增大,但其隨著明線間距的增加而減??;明線間距大于100 m時(shí),隧道群洞口微氣壓波峰值基本與列車通過單個(gè)隧道時(shí)相同。這一變化規(guī)律無論對有砟軌道隧道群還是無砟軌道隧道群均適用。

      (2)兩列列車相向運(yùn)行通過隧道群

      兩列列車在隧道群中相向運(yùn)行且在同一個(gè)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí),隧道洞口微氣壓波變化規(guī)律與單列列車通過隧道群時(shí)洞口微氣壓波的變化規(guī)律相同。

      兩列列車相向運(yùn)行但未在同一個(gè)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí),兩隧道洞口微氣壓波在明線上可能存在疊加現(xiàn)象(微氣壓波頻率十分接近時(shí))。車速為350 km/h的兩列列車相向運(yùn)行,通過明線間距為50 m的有砟軌道和無砟軌道隧道群(斷面面積為100 m2)時(shí),距前一隧道出口20 m處明線疊加點(diǎn)的微氣壓波峰值曲線如圖7所示。從圖中可以看出,微氣壓波的疊加效應(yīng)隨明線間距的增大而減弱,當(dāng)明線間距大于100 m時(shí),基本上可以不考慮微氣壓波的疊加效應(yīng)。

      3 減緩隧道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的技術(shù)措施

      減緩隧道群空氣動(dòng)力效應(yīng)的措施很多,主要可以從列車和隧道(土建)兩方面入手。列車方面主要通過降低列車速度、減小列車通過密度、提高列車密封性能、減小車體橫斷面積、改善車頭形狀和增加車體外圍部件平滑性等措施來實(shí)現(xiàn)。隧道方面可通過增大隧道有效凈空面積、洞口設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)、洞身設(shè)置輔助坑道(如括豎井、斜井、橫通道、平行導(dǎo)坑等)等土建措施來達(dá)到目的。對于明線間距較小的隧道群,還可通過連接明洞來減緩隧道空氣動(dòng)力效應(yīng)。

      3.1 列車方面減緩隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的技術(shù)措施

      列車方面減緩隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的技術(shù)措施及其優(yōu)缺點(diǎn)如表7所示。

      3.2 隧道方面減緩隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的技術(shù)措施

      隧道方面減緩隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的技術(shù)措施及其優(yōu)缺點(diǎn)如表8所示。

      圖7 明線間距50 m隧道群距隧道出口20 m處的微氣壓波峰值圖

      表7 列車方面減緩空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的技術(shù)措施及其優(yōu)缺點(diǎn)表

      表8 隧道方面減緩空氣動(dòng)力學(xué)的技術(shù)措施及其優(yōu)缺點(diǎn)表

      4 隧道群連接明洞設(shè)置原則

      4.1 不開口連接明洞

      (1)車內(nèi)外壓力波動(dòng)方面

      采用連接明洞可有效地減小車外壓力波動(dòng)次數(shù),但應(yīng)注意明洞連接后的隧道長度,避免與對應(yīng)時(shí)速的瞬變壓力最不利隧道長度接近,以免對乘客舒適度產(chǎn)生不利影響。

      (2)列車空氣阻力方面

      隧道群連接明洞后,列車空氣阻力較未連接時(shí)有所增加。根據(jù)單個(gè)隧道列車空氣阻力研究成果,單線隧道群中隧道長度大于7 km或雙線隧道群中隧道長度大于3 km時(shí),即使采用明洞連接形成了一個(gè)更長的隧道,列車受到的空氣阻力也無明顯增加。

      (3)隧道洞口微氣壓波方面

      基于有砟軌道隧道洞口微氣壓波隨隧道長度增大而減小的特點(diǎn),有砟軌道隧道群連接明洞可更加有效地減緩微氣壓波;無砟軌道隧道存在“微氣壓波激化效應(yīng)”,隧道群連接明洞應(yīng)盡量避免連接后的隧道長度接近產(chǎn)生“微氣壓波激化效應(yīng)”所對應(yīng)的隧道長度。

      4.2 開口連接明洞

      在連接明洞結(jié)構(gòu)上開口,列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的壓縮波到達(dá)連接明洞位置時(shí),部分壓力波將從開口處釋放,可消減壓縮波波前梯度,從而降低隧道出口的微氣壓波峰值,開口連接明洞對隧道洞口微氣壓波減緩作用如圖8所示。

      圖8 開口連接明洞對隧道洞口微氣壓波減緩作用示意圖

      假定列車以350 km/h的速度通過2個(gè)長度均為500 m、斷面面積均為100 m2、明線間距為100 m的隧道,按照隧道之間是否設(shè)置連接明洞及連接明洞的開口方式分為4種工況,各工況設(shè)計(jì)參數(shù)及對應(yīng)的明洞結(jié)構(gòu)布設(shè)如表9所示。

      表9 各工況設(shè)計(jì)參數(shù)及對應(yīng)的明洞結(jié)構(gòu)布設(shè)

      分別計(jì)算4種工況下隧道出口處的波前氣壓梯度,以考察連接明洞開口參數(shù)對洞口微氣壓波的減緩作用。4種工況下,后一個(gè)隧道出口處的波前氣壓梯度計(jì)算結(jié)果及曲線分別如表10和圖9所示。

      表10 氣壓梯度計(jì)算結(jié)果表

      注:“+”表示增加,“-”表示減小

      圖9 氣壓梯度曲線圖

      從表10和圖9可以看出,隧道之間采用帶有開口的明洞連接時(shí),出口處測點(diǎn)的氣壓梯度最大值均較無明洞和采用不開口明洞連接時(shí)有所減小。工況4的開口形式對降低波前壓力梯度效果明顯,微氣壓可降低16.3%,這說明采用帶有開口的明洞可減緩洞口微氣壓波,但開口尺寸并不是越大越好,應(yīng)盡量遵循“多開口、開小口”的原則,多階段地對氣壓梯度進(jìn)行減緩,從而達(dá)到降低洞口微氣壓波的目的。

      5 結(jié)束語

      經(jīng)過多年的努力,我國高速鐵路再隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)研究方面取得了一系列世界領(lǐng)先的創(chuàng)新科研成果,豐富和發(fā)展了中國隧道的設(shè)計(jì)理論和方法,對相關(guān)學(xué)科的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。結(jié)合多年生產(chǎn)和科研經(jīng)驗(yàn),針對中國高速鐵路隧道群空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)研究中存在的問題,提出如下建議:

      (1)實(shí)測表明,高速列車通過隧道群時(shí),由于車外壓力頻繁波動(dòng),導(dǎo)致車內(nèi)氣壓3 s變化值,雖小于舒適度標(biāo)準(zhǔn)的要求,但仍會(huì)使乘客感到不適,這一點(diǎn)對于長大鐵路隧道群尤為突出。因此,建議提出適合中國國情的隧道群復(fù)合型耳膜舒適度標(biāo)準(zhǔn),如分別對1 s、3 s、10 s、60 s車內(nèi)氣壓變化提出相應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)。

      (2)目前我國隧道洞口微氣壓波的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)是參照日本新干線標(biāo)準(zhǔn)制定的,日本新干線多數(shù)經(jīng)過城市,線路周邊居民密度較大,因此,建議我國隧道設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)線路周邊居民居住和野生動(dòng)物活動(dòng)范圍的實(shí)際情況,在達(dá)到環(huán)評要求的前提下,適當(dāng)放松微氣壓波標(biāo)準(zhǔn)。

      (3)建議在確定高速鐵路隧道群緩沖結(jié)構(gòu)、橫通道、豎井、聯(lián)絡(luò)通道以及中隔墻等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)過程中,重視數(shù)值模擬發(fā)揮的作用。

      猜你喜歡
      明線明洞空氣阻力
      輪軌振動(dòng)與氣動(dòng)荷載耦合作用下輕質(zhì)裝配式明洞動(dòng)力學(xué)特性
      鐵道建筑(2023年11期)2024-01-05 10:18:40
      課堂教學(xué)的“明線”與“暗線”
      遼寧教育(2022年19期)2022-11-18 07:20:18
      裝配式明洞隧道拱墻拼裝臺車設(shè)計(jì)與施工
      高填方雙層襯砌式明洞土壓力和結(jié)構(gòu)內(nèi)力特性研究
      不怕摔的螞蟻
      大峪隧道洞口段滑坡處治分析
      一元微積分教學(xué)之思考
      商情(2017年6期)2017-04-18 00:51:17
      《拯救溺水魚》中的敘事內(nèi)容的明線與暗線
      《清水洗塵》的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)分析
      降落傘
      德阳市| 微山县| 安龙县| 淳安县| 襄垣县| 泽库县| 新兴县| 永寿县| 阿荣旗| 双桥区| 孙吴县| 宜黄县| 仁怀市| 安义县| 余庆县| 无棣县| 根河市| 屏东市| 山东省| 兴和县| 四子王旗| 邓州市| 铜鼓县| 长丰县| 裕民县| 台安县| 东兰县| 赤城县| 易门县| 同仁县| 册亨县| 苗栗市| 张家界市| 土默特右旗| 兴化市| 台州市| 皮山县| 三门峡市| 清远市| 临清市| 怀宁县|