[发明专利]高速列车经过隧道后的微压波计算方法无效

专利信息
申请号: 200910180326.6 申请日: 2009-10-26
公开(公告)号: CN101697173A 公开(公告)日: 2010-04-21
发明(设计)人: 田红旗;杨明智;刘堂红;张健;高广军;熊小慧;李志伟 申请(专利权)人: 中南大学
主分类号: G06F17/50 分类号: G06F17/50
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 410012*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 高速 列车 经过 隧道 微压波 计算方法
【说明书】:

技术领域

发明属于列车高速通过隧道,特别是长隧道所产生的微压波对环境的影响测定领域,具体地涉及一种精简、高效的用于高速列车经过隧道后的微压波计算方法。

背景技术

我国铁路正处于跨越式发展的重要时期,既有铁路干线经第六次大范围提速后,客运列车最高运营速度达250km/h,例如京津客运专线最高运营速度达350km/h,同时,多条运行更高速度的客运专线开始动工,预计2010年左右建成,将运行380km/h等级速度的高速列车。而我国是一个多山的国家,线路上隧道多达5000多座,随着列车运行速度大幅度提高,高速列车进出隧道产生的空气动力效应,必然会对旅客的舒适性,对隧道周围的环境造成影响,特别对于隧道出口附近,列车高速通过隧道产生的微压波对周围环境的的影响更为突出,引起越来越多的关注。

隧道出口微气压波的数值模拟方法主要有一维算法和三维数值模拟方法,一维算法具有算法简单、效率高等特点,不足之处是无法精确模拟列车进出隧道口所产生的三维效应,另外也无法精确模拟竖井和带天窗的缓冲结构对隧道空气动力效应的影响;三维数值模拟方法,一般采用模拟三维可压缩非定常雷诺平均N-S方程,并结合滑移网格技术对隧道微气压波进行直接模拟,该方法的特点是可以直接模拟列车和隧道内的细节结构,列车进出隧道的三维效应等,缺点是对于长大隧道和隧道群的出口微压波的模拟存在相当大的困难:计算网格规模太大,计算周期太长,只能在大中型工作站上求解。

另外,现有技术中仍然没有很好的方法来模拟列车过弯隧道的过程,也无法对弯隧道出口微压波进行评估。而列车经过隧道变截面段会产生新的膨胀波和压缩波,并且进隧道口产生的压缩波和膨胀波也会在传播过程中,经过隧道壁面反射而改变传播方向,使隧道内的流场更为复杂。弯隧道和相同长度和面积直隧道的微压波具有不同的特性。而由于地形的限制,很多隧道中存在弯道;另外,高速铁路穿越城市人口密集区修建的地下隧道也普遍存在由地表进入地下的过渡弯道。因此,工程设计中迫切需要新方法来研究弯隧道出口微压波。

发明内容

本发明提供了一种很好地解决了长大隧道和隧道群三维计算网格规模太大,计算周期太长等问题的高速列车经过隧道后的微压波计算方法,其采用动网格技术,将流场分为若干区域,根据微压波的形成机理,只计算包含第一道压缩波和膨胀波的区域及其波前的区域,对隧道出口微压波进行了数值模拟。同时,也为弯隧道出口微压波的计算提供了新方法。

本发明所采用的技术方案如下:

高速列车经过隧道后的微压波计算方法,其特征在于所述微压波计算方法包括:

采用动网格,将隧道的流场分为多个区域,对包含第一道压缩波和膨胀波的区域及该压缩波和膨胀波前的区域进行计算,模拟得到隧道出口的微压波数值。

具体的讲,所述微压波计算方法进一步包括:

将隧道的流场分为多个计算区域,其中一第一区域包括隧道入口区域和部分隧道,对该第一区域采用动网格模拟列车进入隧道过程。

所述部分隧道的长度满足如下条件:

该长度可使列车尾部完全进入隧道,并且车尾产生的膨胀波到达第一区域和相邻第二区域的公关边界时,车头离公关边界的距离以满足网格重构的要求。

所述第一区域的动网格在膨胀波进入相邻的一第二区域后不再进行计算。

上述微压波计算方法中所述隧道包括长隧道和弯隧道。

当列车驶入隧道瞬间,由于空气的压缩性及列车壁和隧道壁限制了空气侧向流动和向上流动的空间,使紧贴在列车车头前面的空气受到压缩并随列车向前流动,造成列车前方的空气压力突然升高,产生压缩波。随着列车的进一步驶入隧道,环状空间长度逐步增大,使列车前隧道空间的空气压力继续升高,即压缩波的强度继续增大,直到列车全部进入隧道为止。该压缩波以近似音速的速度向前传播。压缩波前方的空气流速为零,而压缩波后方的空气则以一定的流速随着列车向前流动。压缩波传播到隧道出口后,一部分压缩波以膨胀波形式被反射回隧道,另一部分则以微气压波的形式向隧道出口空间扩散。列车进入隧道形成的压力波不仅引起车厢内压力的变化,而且在压缩波由隧道口作为冲击波穿出时,会形成噪声,作为微气压波向周围传播。

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