隧道空气动力学-报告

高速列车通过隧道时产生的空气动力学问题汇报人：日期:•引言•高速列车通过隧道时的空气动力学现象目录•高速列车通过隧道时空气动力学问题的研究方法•高速列车通过隧道时空气动力学问题的解决方案•高速列车通过隧道时空气动力学问题的未来研究方向目录01引言高速列车通常以超过200公里/小时的速度运行，具有特殊的动力学特性和空气动力学性能。

高速列车的特性隧道通常由入口、出口和洞身组成，为列车提供通行空间。

隧道的基本结构高速列车与隧道概述空气动力学在高速列车与隧道中的应用空气动力学对高速列车的影响高速列车在隧道中运行时，由于空气流动受到限制，会产生一系列的空气动力学问题，如压力波、气动噪声等。

空气动力学对隧道的影响高速列车通过隧道时，由于车速较高，会对隧道内的空气流动产生扰动，从而影响隧道的通风和空气质量。

02高速列车通过隧道时的空气动力学现象车尾部分的空气则因为突然的扩张而形成低压区，导致车尾部分的气压低于周围环境气压。

这种压力波现象会导致列车受到额外的阻力，称为“压缩波阻力”。

列车进入隧道时，由于突然的截面变化，车头前方的空气受到挤压，形成高压区。

列车进入隧道时的压力波现象当列车通过隧道时，车体周围的空气流动受到列车形状和速度的影响，形成涡旋流动。

这种涡流现象会导致列车受到额外的阻力，称为“涡流阻力”。

涡流阻力的产生与车体的形状、速度以及隧道的截面形状有关。

列车通过隧道时的涡流现象01车尾部分的空气则因为突然的收缩而形成高压区，导致车尾部分的气压高于周围环境气压。

这种压力波现象会导致列车受到额外的阻力，称为“膨胀波阻力”。

膨胀波阻力的产生与车体的形状、速度以及隧道的截面形状有关。

当列车驶出隧道时，车头前方的空气受到挤压后突然扩张，形成低压区。

020304列车驶出隧道时的压力波现象03高速列车通过隧道时空气动力学问题的研究方法边界元方法（BEM）将问题域划分为边界元，通过求解边界元方程得到问题域内的压力分布和速度分布。

高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法分析的开题报告一、研究背景和目的高速铁路隧道建设在我国发展中起着至关重要的作用。

高速铁路隧道内部的空气流动影响列车安全、乘客舒适度和能源消耗等多个方面，因此对于高速铁路隧道内部空气动力学的研究具有十分重要的意义。

同时，传统试验方法昂贵且不易操作，因此数值模拟方法成为了研究高速铁路隧道内部空气动力学的有效手段。

本论文旨在对高速铁路隧道的空气动力学数值模拟方法进行分析，以期为高速铁路隧道的设计、施工和运营提供科学、可靠的基础。

二、研究内容和方法本论文主要研究高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法。

具体内容包括：1. 高速铁路隧道内部的空气动力学基本原理和流动特性。

2. 常见的高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法，如CFD、LES、DNS等。

3. 针对不同的隧道类型和工况选择合适的数值模拟方法，并指导隧道的设计、施工和运营。

本论文将采用文献资料法和数值模拟法进行研究。

文献资料法将对国内外高速铁路隧道空气动力学数值模拟的相关进展进行梳理和分析。

数值模拟法将选取ANSYS Fluent软件进行建模，分析不同参数下的流场特征和涡流结构。

三、预期成果本论文预期达到以下成果：1. 对高速铁路隧道的空气动力学数值模拟方法进行分析和总结，为高速铁路隧道内部空气动力学的研究提供参考。

2. 针对不同的隧道类型和工况选择合适的数值模拟方法，并指导隧道的设计、施工和运营。

3. 对高速铁路隧道内部流场特征和涡流结构进行分析，为高速铁路隧道内部的乘客舒适度和能源消耗提供参考。

四、研究意义本论文对于高速铁路隧道的设计、施工和运营具有重要的意义。

一方面，该论文对高速铁路隧道内部空气动力学数值模拟方法进行分析，为高速铁路隧道的设计、施工和运营提供了科学、可靠的指导。

另一方面，该论文对高速铁路隧道内部流场特征和涡流结构进行分析，为高速铁路隧道内部的乘客舒适度和能源消耗提供了参考，有助于提升高速铁路隧道的运营效率和舒适度。

高速列车隧道的空气动力学效应及解决措施高速列车通过隧道时会产生一系列的空气动力学效应，包括气压波、空气抽吸、阻力增加、噪音扩大等问题。

为了解决这些问题，需要采取一些技术措施。

首先，气压波是高速列车通过隧道时产生的一种空气波动。

隧道的出入口会引起气压的突变，进而形成气压波。

为了减轻气压波的影响，可以采用以下方法：1.设计合理的隧道出入口结构，减小气压突变的幅度。

通过合适的设计和工程施工，可以减小气压波对列车和旅客的影响。

2.在出入口处设置缓冲区，使空气压力逐渐恢复平衡。

通过设置缓冲区，使气压波逐渐减小，减轻对列车和旅客的冲击。

其次，高速列车通过隧道时会产生空气抽吸效应。

当列车快速进入或离开隧道时，会形成气流，产生空气抽吸。

为了解决空气抽吸的问题，可以考虑以下措施：1.在隧道出入口设置风帘，减少空气流动。

通过设置风帘，可以减少隧道出入口的气流，减轻空气抽吸现象，并减少对列车运行的干扰。

2.通过改善列车的车身结构，减小空气抽吸效应。

合理设计列车的车身形状，采用减阻设计，可以降低空气抽吸的强度，减少对列车运行的影响。

此外，高速列车通过隧道时还会面临阻力增加和噪音扩大的问题。

1.优化隧道的设计和施工工艺，减小阻力。

通过合理设计隧道的几何形状和采用光滑的内壁材料，可以减小列车运行时的阻力，提高列车的运行效率。

2.在隧道内部设置噪音吸收层，减少噪音的传播。

通过在隧道内部设置吸音材料，可以有效减少列车行驶产生的噪音，提高隧道的环境舒适性。

综上所述，高速列车通过隧道时会产生一系列的空气动力学效应，包括气压波、空气抽吸、阻力增加、噪音扩大等问题。

为了解决这些问题，需要采取合理的技术措施，包括隧道出入口结构设计、风帘设置、车身结构优化、隧道设计和施工工艺优化、噪音吸收层的设置等。

通过这些措施的应用，可以减轻空气动力学效应的影响，提高高速列车通过隧道的安全性和舒适性。

高速列车隧道的空气动力学效应及解决措施【提要】：随着轨道交通的高速化，列车高速运行对人员和环境的影响越来越明显。

本文主要针对高速列车通过隧道所产生的各类空气动力学问题，对国内外高速隧道的舒适度指标、阻塞比进行对比，分析各类空气动力学指标的取值情况，并详细论述了降低空气动力学效应影响的各类措施。

【关键词】：高速列车隧道空气动力学Abstract:Inthewakeofhighspeedtendencyofrailtransit,h ighspeedtrainhasexertedmoreapparentimpactsonpersonne landenvironment.Thispaperchieflyanalysesvariouscateg oriesofaerodynamiccriteriasettingsupagainstcomfortne sscriteriaandblockrate,prevailingindomesticandforeig nhighspeedrailwaytunnels,intermsofvariousaerodynamic problemscausedbyhighspeedtrainpassthroughinthetunnel ,aswellasgivesadetaileddiscussiononvariouscountermea suresputagainstinfluencescausedbyreducedaerodynamice ffect.Keywords:highspeedtrain，tunnel，aerodynamics.1 高速列车隧道空气动力学效应高速列车进入隧道后将隧道内原有的部分空气排开，由于空气粘性和隧道内壁、列车外表面摩阻力的存在，被排开的空气不能象明线空气那样及时、顺畅地沿列车周侧形成绕流，列车前方的空气受到压缩，而列车尾部进入隧道后会形成一定的负压，因此产生了压力波动过程。

动车组穿越隧道空气动力特性分析摘要：随着列车速度的提高，列车与空气的相互作用变得十分强烈。

在实际的车辆开发研究过程中，随着列车的提速，如何有效地利用空气动力学特性变得愈来愈重要。

本项目对200km/h动车组穿越隧道空气动力特性进行数值分析研究。

通过数值计算，分析流动现象、研究流动机理、积累空气动力学资料，为系统开展高速列车空气动力学研究奠定基础。

关键词：空气动力学；隧道；动车组一、前言列车高速通过隧道引起的空气动力学效应对列车运行的安全性、经济性和旅客乘坐的舒适性及隧道周围环境均有不良影响，是高速列车和高速铁路隧道设计中必须解决的关键技术问题。

本项目研究的主要内容是建立列车穿越隧道的三维计算模型，对其空气流场进行数值计算，研究列车在隧道中的空气阻力变化、列车尾流运动状况、列车表面静压随时间变化以及隧道表面压力随时间的变化规律等。

二、算法原理列车以高速进入隧道时，由于其对空气的挤压和隧道壁面对气流流动的限制，会在隧道内形成系列的压缩波和膨胀波，这些波的传播和相互的干扰使隧道内的空气压力和列车车体上的压力随时间波动，即呈现较强的非定常性、可压缩性。

随着高速列车进入隧道，气动力发生剧烈变化，因此，列车的稳定性和性能都与通常按照明线行驶的运行速度设计的设计工况产生偏离。

通过应用三维、可压缩、非定常的N-S方程考虑移动的列车与固定的隧道之间的相对运动，选用双方程湍流模型进行隧道问题湍流运动的计算，采用有限体积法中常用的SIMPLE求解离散方程组，对流项的离散格式采用二阶迎风格式[1]。

三、计算模型描述在计算流体动力学研究领域，计算模型没有必要完全模拟动车组的真实情况，可以抓住主要矛盾对列车某些结构尤其是车体底部进行简化。

去掉受电弓、转向架及车底的一些细小设备，对车体底部进行光滑处理；列车计算模型取二车编组，即：动力车+动力车，车辆之间以外风挡连接。

由于中间车辆截面形状不变，当气流流过车头一定距离后，绕流边界层的结构已趋于稳定[2]。

高速铁路隧道空气动力学高速铁路隧道是现代城市化进程中发展必须的关键基础设施，它可以加快人员、物资和信息的流动，有助于城市经济的发展。

然而，在高速铁路隧道建设上，需考虑的因素有很多，其中空气动力学问题是一个极为重要的方面。

本文将介绍高速铁路隧道中的空气动力学问题及其解决方法。

一、高速铁路隧道中的空气动力学问题1.风速高速铁路隧道建设的地点一般都位于山区或高地区域，因此该地区风速较高。

如果隧道布局不合理，会使隧道内部风速达到一定的值，对运行车辆产生极大影响。

通过对风的测定及数据分析，设计者可以为隧道设计出最经济、最优化的几何形状。

2.风向风向是影响高速铁路隧道设计的另一个重要因素。

在设计时，需要根据风向确定隧道通风口、排气口、烟道口等位置，避免污染物进入隧道内部。

3.气流高速铁路隧道内部的气流是由风压或离线通风系统控制的。

通过在隧道内进行模拟、测试及测量气流，可以确定隧道内部的最佳通风方案。

4.污染物高速铁路隧道中的污染物主要来自烟尘、尾气等。

隧道内部采用空气净化设备可以有效地减少污染物的浓度，确保旅客及运营车辆的安全。

二、高速铁路隧道的空气动力学解决方案1.优化隧道布局为高速铁路隧道设计合理的几何形状具有非常重要的作用。

通过合理的设计，不仅可以达到优化气流分布的目的，还可以减少空气阻力、风险等方面的影响。

2.合理布局通风系统隧道内部的通风设备要合理布局，便于管理，便于清理维护。

同时，通风设备的质量要可靠，保证其在实际运营过程中能够正常工作，隧道内部的气流平衡是保证通风效果的另一个重要因素。

3.采用高科技气流控制技术在高速铁路隧道内，为了控制气流、降低水准风、改善空气质量，采用空气动力学控制技术是一种可行的方式。

通过在隧道内部采用无人机或传感器等设备，实时检测气象信息及空气质量信息，通过反馈控制，降低隧道内部的风速及污染物浓度。

总之，高速铁路隧道建设中的空气动力学问题是一个十分复杂的问题，对于设计者来说，需要考虑的因素很多。

武广客运专线隧道空气动力学（抗音爆结构）部分咨询结果1 概述“新武汉－广州铁路客运专线”拟建221座隧道，总长165.3 km。

由于隧道数量大，设计速度为V = 350 km/h，行车间隔短，而且线路穿过住宅区，所以必须对这条高速线路进行隧道空气动力学分析。

外方咨询人员（OPB）与德国铁路公司（DB AG）空气动力学专业研究中心密切合作, 对本项目的隧道进行了详细的空气动力学分析。

根据给定的边界条件得出的空气动力学计算结果应在观测设计以下结构物时加以考虑：-隧道结构-洞门结构-技术设施-车辆-乘客的健康-环境根据要求进行的空气动力学分析考虑了ICE3、CRH2和CRH3型列车的相关资料，分析结果已编制在有关报告中。

在研究过程中，我们对运行速度为v=350km/h的CRH2和CRH3型列车由于压力波导致的乘客舒适度损害进行了详细分析，最终的结果编于专题报告SCR TU-Aerodynamics-4中，包括以下方面：-隧道内的压力变化-单列车运行（单向行驶）情况下的压力变化-单列车穿过隧道时的微气压波（音爆）-会车时的压力变化-隧道纵倾对车辆内压力变化的影响-车辆和物体中的压力变化-通过隧道时对舒适度和健康的损害-作用于密封的和未密封物体的压力差-隧道内无会车情况下的气流-空气动力阻力的增加-隧道内会车时的气流-列车运行速度 V tr =350km/h-隧道横断面面积 A tu =101 m2- 列车气密性 = 10.0/12.0/15.0/36.0 s- 无会车情况-2 关于音爆效应的结论根据以上列出的参数，会发生“音爆”的隧道的最小长度为2530m。

图1：音爆波的发展这样，根据我们的空气动力学分析选出的隧道洞门处有必要设置所谓的抗“音爆”结构（缓冲结构）。

图2：典型的抗音爆结构的纵断面3 空气动力效应列车行驶穿过隧道对周围环境的影响与列车在露天行驶的情况有很大的不同。

气压波和气流是隧道空气动力分析的重点研究对象。

高速铁路隧道空气动力学效应控制高速铁路隧道空气动力学效应控制一直是公路与高速铁路空气动力学研究热点，也是建设安全高效的高速铁路的基础之一。

隧道结构和室内空气动力学性能会直接影响特别是通过隧道的车辆的安全性。

因此，有关控制隧道空气动力学效应的先进方法和技术被广泛开发和扩展，以提供良好的运行环境和更佳的通风性能。

高速铁路隧道空气动力学效应的基本原理和技术策略主要有：（1）通过控制高速铁路隧道中的气体流动特性和空气流速，来降低隧道内污染；（2）通过改变隧道室内气流和温度，同时降低通风系统能耗，改善隧道内环境；（3）使用透明可视材料，通过增加隧道室内空气流动特性，来增强隧道的空气动力学效应；（4）开发和应用各种计算机模拟技术，建立更高效的控制策略。

另外，为了解决隧道高速铁道隧道的空气动力学现象，需要选择合适的控制策略，以达到有利的效果。

比如在通风系统方面，可以使用外部被动式通风或直接供气系统；消声技术可采用应用噪声孔和结构形式等方法。

此外，各种复杂大型高速铁路隧道的空气动力学效应可以通过运用定性与定量的模拟技术建立有效的分析模型，在车辆设计仿真中有效应用软件工具，如FLUENT等，并进行效果分析，从而进行判断性和定性的控制策略。

为了有效地控制高速铁路隧道空气动力学效应，还需要采取科学合理的运行策略和设备内控制。

在设计阶段，应注意通风系统、负荷、消声、运行安全等问题，以避免污染物在隧道室内滞留。

此外，还要配置和安装通风系统，使用适宜低噪音排气口等，使空气在一定的流量范围内充分循环，保持一定的温度和空气湿度，以降低污染物浓度，保证室内空气清新。

总而言之，控制高速铁路隧道的空气动力学效应，不仅要建立有效的控制策略，而且还需要采取科学合理的设备内控制，以确保隧道室内空气条件良好，提供安全高效的通道环境，为乘客带来更优质的服务体验。

隧道空气动力学效应调研报告一、概念的提出随着世界各国高速铁路的飞速发展，我国高速铁路建设正进入一个黄金发展时期,京津城际客运专线,胶济客运专线,武广客运专线等相继投入运营。

由于我国山岭众多及高速铁路的平顺性要求,不可避免的会修建大量的隧道,高速列车在隧道内运行时的空气动力学效应（以下简称气动效应）问题随之而来。

由于隧道空间的半封闭性,当列车由空阔地带高速驶入隧道时,车体附近的空气被迅速排开,空气的粘性以及隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能像在空阔区域一样及时、顺畅地沿列车两侧和上部流动,列车前方的空气被压缩,空气压强骤然增大而形成压缩波,并以声速向四周传播[1]。

这种冲击波会对隧道内的附属物如接触网悬挂设备,信号、照明设备等悬挂设备产生的一定的冲击力,这种冲击力的作用时间相对较短,但是这是一种反复作用的冲击,容易造成附属结构物的疲劳损伤,使用性能下降,从而对附属设施的使用寿命产生影响。

高速铁路压力波的数值与列车速度的平方近似成正比,因此与普速铁路隧道相比,这种反复作用的冲击力对设备的影响要大得多。

二、隧道气动效应存在的主要问题由于高速列车的速度一般都在200km/h以上,也就是说,马赫数将达到0.17以上,属亚音速范围,由此引发的隧道空气动力问题一直困扰着行车安全和进一步提高列车速度的关键问题之一,国内外对此进行了大量的研究,其中包括如下几个方面:2.1 洞口微气压波问题当初始压缩波传播到隧道口的时候,一部分被隧道出口反射,向隧道入口处传播,另一部分则直接向隧道外辐射,形成微气压波,在隧道洞口形成爆破噪声,轻者会造成环境污染,严重时会影响洞口的建筑物,特别是日本等地高速铁路洞口附近经常有居民住宅,部分新干线通车后造成了住宅窗户玻璃破碎事故。

为此日、德、美等国进行了大量的研究,特别是小迟智和Howe等人对此进行了详细的理论推导[2],目前国内外提出了在洞口建缓冲结构、隧道内建浅支洞、增大隧道断面积等一系列措施,有效地缓解了洞口微气压波的危害,目前这些措施都已在国内新建的京沪、武广、郑西、石太等客运专线中成功应用。