[发明专利]一种高速列车通过长大隧道时隧道出口微压波的预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速列车通过长大隧道时隧道出口微压波的预测方法。

背景技术

目前，微压波的计算方法主要有两种：动网格方法和滑移网格方法。两种方法都是数值求解非定常N-S方程和湍流模型方程。

动网格方法：动网格方法计算微压波的流程图参见图3。生成流场网格，数值求解非定常N-S方程和湍流模型方程，列车前进一小段距离，再次生成网格，数值求解，……，一直循环到微压波传播到记录位置，输出预测结果。该方法的流程虽然简单，但其不足之处：网格规模大，耗费时间长：计算针对整个流域进行，特别对于长隧道而言，网格规模非常大，计算时间非常长；另外，列车每前移一步，网格都需要重新生成，也需要耗费大量时间；大量数据插值，误差增加：从计算开始，到计算结束，每一步网格都需要重新生成，新网格流场计算需要用到旧网格流场数据，这需要搜索和插值，并且搜索和插值在整个流域进行，大量和频繁的数据插值，会带来误差，降低计算精度。

滑移网格方法：滑移网格方法计算微压波的流程图参见图4、5。首先将流域分成滑移区和非滑移区，如图5所示，生成网格，数值求解非定常N-S方程和湍流模型方程，滑移区网格前进一小段距离，数值求解，……，一直循环到微压波传播到记录位置，输出预测结果。该方法的优点是只需要一次生成网格，而不需要每一步都生成网格，节约了网格生成的时间，同样的网格规模，和动网格方法相比，该方法耗费时间少，效率高。该方法的不足之处主要有：网格规模大，耗费时间长。计算虽然将流域分成两个区域，但两个区域要同时计算，交换数据，网格规模没有变化，只节约网格重新生成的时间，计算时间仍然偏长；另外，从计算开始，到计算结束，网格每向前滑移一步，滑移区和非滑移区都要进行大量数据插值和数据交换，而大量和频繁的数据插值，会带来误差，降低计算精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种流程简单、计算科学合理，能够大幅节约计算时间，提高预测精度的高速列车通过长大隧道时隧道出口微压波的预测方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：所述预测方法的步骤包括分区、网格生成、网格计算和预测结果输出；所述分区是依据微压波的形成原理，将计算区域划分成区域1到区域n共n个区域，所述各区域的划分方法：

（1）所述区域1的设置：长度为隧道入口前的200-350米，加上隧道入口后的150-300米；隧道入口前的宽度为80-120米，高度50-60米；隧道入口后的隧道外形和真实隧道外形相同；区域1在隧道轴向中心线垂直面上的截面呈阶梯矩形；区域1内采用Delaunay三角化方法生成非结构网格；该区域主要用于计算压缩波的形成；

（2）所述区域n的设置：长度为隧道出口前的200-300米，加上隧道出口后的150-300米；隧道出口前的隧道外形和真实隧道外形相同；隧道出口后的宽度为80-120米，高度为50-60米；区域n在隧道轴向中心线垂直面上的截面呈阶梯矩形；区域n采用求解椭圆形方程的方法生成结构网格；该区域主要用于计算微压波的形成和传播。

（3）所述区域2到区域n-1 的设置：长度按照1-2公里的公倍数平分；截面几何外形和真实隧道横截面尺寸相同；区域2到区域n-1在隧道轴向中心线垂直面上的截面呈矩形；区域2到区域n-1采用求解椭圆形方程的方法生成结构网格；这些区域主要用于计算压缩波的传播。

在区域2至区域n-1的每个区域的指定位置，设置一个确定的压力值，这个确定的压力值为判断压缩波是否全部传入该区域的阈值；

在区域n的指定位置，设置一个确定的压力值，这个确定的压力值为判断微压波是否全部传入隧道出口区域n微压波记录位置的阈值。