[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

摘要

本发明公开了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，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；依据微压波的形成原理，划分出区域1到区域n共n个区域，区域1采用Delaunay三角化方法生成非结构网格，用于计算压缩波的形成；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，用于计算压缩波的传播；区域n采用求解椭圆形方程的方法生成结构网格，用于计算微压波的形成和传播；在区域2至区域n-1的各区域的指定位置，设置一个用于计算判断压缩波是否全部传入该区域的压力阈值；在区域n的指定位置，设置一个用于计算判断微压波是否全部传入隧道出口区域n的压力阈值。

主权项

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，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；其特征在于：所述网格计算的边界设置和计算方法，根据网格所处位置采用不同的方式：（1）第1步骤的网格计算的具体做法是：调取区域1和区域2的网格，初始化参数为：静压为0，速度为0；边界条件：给定地面、隧道整个壁面为无滑移壁面条件，列车为移动壁面条件，速度为列车通过该隧道的行驶速度，区域1和区域2连接的公共面设置为内部边界条件；采用非定常雷诺平均N‑S方程和k‑湍流模型方程数值求解进行网格计算；计算中以时间为步长，在非结构网格的区域1的网格内始终包含了运动的列车，每完成一个步长的计算，列车在区域1内前进一个时间步长乘以速度的距离，列车在区域1中相对于隧道的位置发生变化，因此，区域1的网格需要每时间步重新生成一次；在结构网格的区域2内始终不包括列车，网格始终保持不变；当计算中获得区域2指定位置的压力大于阈值时，第1步骤的网络计算结束；（2）其他步骤的网格计算的具体做法是：在区域2到区域n的网格中，始终不包含列车，它们的网格在计算中始终不变，均一致采用非定常雷诺平均N‑S方程和k‑湍流模型方程进行数值求解；在第2步骤的网格计算中，取区域2和区域3网格，区域2的出口和区域3的入口设置为内部边界条件，区域2的入口设置压力入口条件，区域3的出口设置压力出口条件，以第1步骤计算获得的区域2的数据为本步骤的区域2的初始条件被代入，区域3的初始条件为0；给定地面、隧道整个壁面为无滑移壁面条件，计算中以时间为步长，当计算中获得区域3指定位置的压力大于阈值时，第2步骤的网络计算结束；如此类推，直到第n‑1步骤的计算完成。