第二部分-高速铁路隧道(空气动力学)-chPPT课件

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高速列车通过隧道时产生的空气动力学问题

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。

高速铁路隧道设计参数PPT课件

p=±5.0kPa
作用在衬砌结构上的纵向荷载
V=250km/h,At=82m2 , p=0.75kPa
此类荷载对衬砌结构不会有显著影响，但对某些设备和设施可能会有影响。
26
问题和今后工作
压力变化阈值舒适度准则 3kPa/3s 车辆密封模型 D.B, B.R 指数模型瞬变压力计算一维模型物理模型试验论证行车阻力坡度折减线路参数微压波计算及缓冲棚设计缺乏理论分析和试验背景主要针对京沪高速
瞬变压力乘车舒适度车辆结构隧道口微压波爆破噪声洞口建筑物行车阻力坡度折减列车风人员作业其他效应热量温度等动力荷载
3
列车进入隧道引起的压力波动
A
C
B
D
4
衰减与叠加
T.Muehlberg 5527m,Wurzburg-Hannover
5
列车在隧道内交会
6
隧道长度的影响
τ=0.7s时的 (ΔP/3s)max
(kPa)
头部 2.84 3.51 4.02 尾部 2.44 1.72 2.43
满足
(ΔP/3s)max<3kPa
0.7 1.0 1.3
所需要的密封指数
4.37 4.36 3.34 3.6 2.0 2.0
4.16 3.46 1.95
3.78 3.7 3.41 3.96 1.15
3.25 3.08 2.98 2.82 2.84 2.94
1.0 0.85 0.7
7
竖井的影响
x 2M lt 1 M Mv
C
lt 1140 m, ltr 110 m, v 250 km/ h, St 82m2 8
车形的影响
V=160km/h单线

《铁路隧道》课件

智能照明控制
设计智能化的照明控制系统，实现照明的自动调节和节能控制。
03
铁路隧道施工
施工方法
明挖法
直接在地面开挖隧道，适用场地开阔、地下水位较浅的情况。
盾构法
使用盾构机在地下挖掘隧道，适用于长距离、大直径的隧道。
暗挖法
在地下挖掘隧道，适用场地受限、地下水位较深的情况。
顶管法
使用顶管机将管道顶入地下，适用于穿越河流、道路等障碍物的情况。
定期清理隧道内外的垃圾、淤泥和积水，保持隧道整洁。
安全监控
安装和维护隧道安全监控系统，实时监测隧道内的各项指标，预防安全事故的发生。
维护保养的方法与技术
定期检查
按照规定的时间间隔对隧道进行全面检查，及时发现并处理问题。
预防性维护
采取预见性的措施，对可能出现问题的部位进行提前维护，防止问题扩大。
附属结构设计
设计合理的消防、通风、照明等附属设施，提高隧道的运营
效率和安全性。
通风设计
风量计算
根据隧道长度、断面尺寸、列车流量等因素，计算合理的通
风风量。
通风方式选择
根据实际情况选择合适的通风方式，如机械通风或自然通风。
通风设备选型
根据所需风量和风压要求，选择合适的通风设备，并确保其可靠性和节能性。
《铁路隧道》ppt课件
目录
• 铁路隧道概述 • 铁路隧道设计 • 铁路隧道施工 • 铁路隧道维护与保养 • 铁路隧道事故预防与处理 • 铁路隧道发展趋势与展望
01
铁路隧道概述
定义与特点
基本属性
铁路隧道是铁路线路中穿越山岭或河流等障碍物的建筑结构，允许列车在其中通行。
特点包括封闭性、坚固性和耐久性，以保障列车安全、快速、舒适地通过。

高速铁路隧道施工技术ppt课件

3
一、前言
1、隧道分类
高铁隧道的长度等级划分：
⑴长度在500m及以下为短隧道。 ⑵长度在500m以上及3000m以下为中长隧道。 ⑶长度在3000m以上及10000m为长隧道 ⑷长度在10000m以上为特长隧道。
京福项目共有长隧道道1座（蘑菇山隧道）、中长隧道3座（陈山坞隧道、棋盘上隧道、楼村隧道）、短隧道5座。
地
折射波法
（1）划分隧道围岩级别；（2）测定岩体的纵波速度
震
波
反射波法
法
（1）探测隐伏断层、破碎带；（2)探测地下洞穴；（3）探测地层划分；（4）测定含水层分布
和声
隧道地震法（TSP)
（1）划分地层界线；（2)查找地质构造；（3）探测不良地质体的厚度和范围
波
法
瑞雷波法
（1）探测隐伏断层、破碎带；（2)探测地下岩溶、洞穴
高速铁路施工技术
刘周礼
中交一航局第三工程有限公司京福项目部 1
目录
一、前言二、洞口工程施工三、隧道暗洞施工技术四、隧道附属施工技术五、隧道主要设备投入情况六、隧道施工功效七、隧道质量通病八、个人体会
2
一、前言
1、隧道分类 2、高铁隧道的特点 3、隧道的主要施工方法 4、新奥法的施工原理 5、隧道工程分部分项划分
17
三、隧道暗洞施工
1、隧道超前地质预报
方法名称
适用范围
电
直流电法
法
高密度电阻法
超前探测隧道掌子面和侧帮的含水构造探测岩溶、洞穴、地质界线
电
甚低法
（1）探测隐伏断层、破碎带；（2)探测岩体接触带；（3）含水构造及地下暗河等
磁
法
地质雷达

高速铁路的隧道工程介绍PPT课件下载

无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。
7686米的秦东隧道，位于陕西潼关境内，为双线黄土隧道，是郑西铁路客运专线的控制性工程，最大开挖断面达164平方米，也是目
16
6表示飞机的速度为当地音速的1.
无缝线路郑是铁西路轨高道现速代化铁的重路要内9容0，％经济的效益线显著路。处于黄土覆盖区，绝大部分处在湿
马赫数以奥地利物理学家马赫（1836-1916）命名，简称M数，表示为：M＝V/a，M数是衡量空气压缩性的最重要的参数（见马赫波
）。陷性黄土地层。如何使长达近400公里的湿陷性黄土保持稳定
7686米的秦东隧道，位于陕西潼关境内，为双线黄土隧道，是郑西铁路客运专线的控制性工程，最大开挖断面达164平方米，也是目
前世界上最大断面的黄土隧道，是我国特有的高原地质隧道。
郑西高铁全线广泛应用了具有世界先进水平的无缝线路和无碴轨道技术，让乘坐舒适度大幅提高。
无砟轨道是高速铁路工程技术的发展方向。21Βιβλιοθήκη 22津京城际的无碴轨道
23
郑西高铁全线广泛应用了具有世界先进水平的无缝线路和无碴轨道技术，让乘坐舒适度大幅提高。那么什么是无缝线路和无碴轨道技术呢? 下面我们详细的为您介绍一下：
无缝技术工人在打磨钢轨
24
无缝线路：所谓“无缝线路”，就是把不钻孔、不淬火的25m长的钢轨，在基地工厂用气压焊或接触焊的办法，焊成200m到500m的长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到 2000m的长度，铺到线路上就成为一段无缝线路。
轨道，限制了钢轨的自由伸缩。在我国是采用轨温变化幅度为50℃ 时，一根钢轨则要承受高达82.
列车运营时速350公里，开通后列车直达最短时间由6个多小时缩短至2小时以内。

《高速铁路隧道》课件讲义PPT(共570页)

（一）高速铁路的背景
5 我国高速铁路的修建概况
• 3、青岛—石家庄—太原 • 全长约770km，预计3个小时 • 连接华北和华东地区。 • 其中， • 其延长线太原—中卫—银川也已经开工
（一）高速铁路的背景
5 我国高速铁路的修建概况
（一）高速铁路的背景
5 我国高速铁路的修建概况
石太专线连接太行山隧道的孤山大桥
（一）高速铁路的背景
5 我国高速铁路的修建概况
太中银铁路示意图
（一）高速铁路的背景
5 我国高速铁路的修建概况
• 4、上海—南京—武汉—重庆—成都 • 简称沪汉蓉高速铁路 • 全长约全长2078km，预计7个小时 • 连接西南、华中和华东地区
（一）高速铁路的背景
5 我国高速铁路的修建概况
（一）高速铁路的背景
（一）高速铁路的背景
2 高速铁路的三大优势
• 三是运能与低碳的有效结合，特别适宜于大运量的城市间、城市群和城郊的高频率运输
– 高速铁路运输能力特别大，有年运输量可达亿人次以上的优势
– 减少环境污染
（一）高速铁路的背景
2 高速铁路的三大优势 • 高铁的典型低碳优势：
– 高铁的发展适应了当今世界低碳经济发展的趋势。 – 高速列车比汽车和飞机能耗要小得多 • 研究表明： – 若以普通铁路每人每公里消耗能源为1单位
s o u t h w e s t j I a o t o n g u nIversIty
《高速铁路隧道》课程第一讲
绪论
前言：
➢（一）老师自我介绍 ➢（二）课程考核办法 ➢（三）目前的铁路发展形势 ➢（四）就业去向问题
主要内容：
➢（一）高速铁路的背景 ➢（二）高速铁路隧道的特点 ➢（三）本课程讲述的内容

高速铁路隧道空气动力学ppt课件

35
人为控制车内压力
通风系统通过调节风流的进入和排出，从而实现对车内压力的调节。K.Akutsu等人对此方法进行了研究，用风机来调节压力，消除瞬变压力所造成的危害。它只能消除列车内部的压力变化，不能削减对周围环境的影响。
乘客舒适度（comfort standard of passenger）
指隧道内产生的压力波动，在极短的时间内传到人体时，使人体产生生理上的不适-即耳膜压感不适时的最大压力变化值。通常采用特定时间（3s或4s）内压力单调变化值作为乘客舒适度的特征参数。（3s或4s，正是人体自动或人为地完成一次吞咽动作，建立中耳和外界的压

kˆ c
V 3 train
0.105
dp
1
dp
dt hmax 1 0.7688 Lh Sh dt 0max
e 0.39166Sh
p t 0max

f1

f2

f3
0.452
Vtrain 3 Rˆ
高速铁路隧道空气动力学
1
1、定义
高速铁路：一般定义为列车运行速度在200km/h及以上的铁路干线。
高速铁路是一项十分复杂的系统工程，需要多种学科的技术支持。许多在低速时可以忽略的现象，在高速时却变得非常重要。例如高速列车与空气的相互作用就是一个突出的例子。
2
隧道空气动力学：是指高速列车通过隧道时，所诱发的一系列与空气动力学相关的物理现象而逐步形成的一门分支学科。高速铁路空气动力学问题可以分为明线空气动力学和隧道空气动力学问题两大部分。两者的区别：明线：列车气动阻力；横向风下列车气动特性；列车表面压力分布；列车空气绕流。隧道：

高速铁路隧道洞口缓冲及景观设计精品PPT课件

• 在缓冲段长度不变的情况下，随着断面扩大率的增加，隧道内最大压力减小率先降低、后升高，这说明存在一个最佳断面扩大率，使得压力降低的效果最大。
最大压力变化率-面积扩大率变化曲线
（二）缓冲结构
3、缓冲结构的影响因素
2）开口形洞门：表征参数：洞口长度Lp和开口率β(β为洞口部全部开口面积与隧
道常规区段断面积之比)
(7)车辆密封性：车辆密封性对压力波动的影响可以归结为车内压力波动相于与车外压力的“缓解”和“滞后”两种效应。
其中，列车速度和阻塞比是最重要的两个影响因素。
（一）高速铁路隧道空气动力学效应 4、微压波的发现及部分国家的对策措施
微压波现象是1975年日本在山阳新干线的冈山和博多间进行试运行时首次发现的。
原因：一方面，由于压缩波在缓冲结构和列车、隧道之间多次的反射，降低了压力峰值。
注：图中 1倍、2倍长度是指缓冲结构的长度是隧道直径的1倍、 2倍。
模型试验测量结果的比较（压力） -喇叭口型洞门
（二）缓冲结构
2、试验研究
另一方面，缓冲结构延长了压缩波压力上升的时间，降低列车突入隧道时所形成的最大压力梯度。
（一）高速铁路隧道空气动力学效应
3、影响隧道空气动力学效应的主要因素
(1)列车速度：隧道内瞬变压力的最大值与列车速度的平方成正比，隧道出口微气压波最大值与列车速度的三次方成正比。
(2)阻塞比(列车断面与隧道断面的比值 )：隧道内瞬变压力的最大值与阻塞比成幕次关系。
(3)隧道长度：短隧道中波的反射周期短，反射过程中能量损失少，压力波动程度加剧。随着隧道长度的增加，压力波动有缓解趋势，原因在于：声波反射的周期相应较长，反射过程中能量有所减缓。

第11章--高速铁路隧道工程PPT优秀课件

而且
<4
而且
<4
或者
>4
或者
>4
2.0 3.0 0.8 1.25
2021/5/26
12
第11章高速铁路隧道工程－空气动力学问题
11.2.3 微气压波
微气压波：是列车突入隧道时形成的压缩波，在隧道内传播到达出口时向外放射脉冲状的压力波。
2021/5/26
13
第11章高速铁路隧道工程－空气动力学问题
第11章高速铁路隧道工程
本章基本要求：
1、了解高速铁路隧道的发展历史。 2、了解高速铁路隧道存在的主要空气动力学问
题及其影响因素。 3、掌握高速铁路隧道断面设计的一些基本要求。 4、掌握高速铁路隧道减小空气动力学效应的常
规措施。
2021/5/26
1
第11章高速铁路隧道工程－概述
11.1 概述
轮轨铁路：常用高速铁路主要形式磁悬浮：德国，我国上海
2021/5/26
5
第11章高速铁路隧道工程－空气动力学问题
11.2.1 主要空气动力学效应
（1）由于瞬变压力，造成旅客耳膜不适，舒适度降低，并对铁路员工和车辆产生危害；
（2）行车阻力加大，引起对列车动力和能耗的特殊要求；
（3）列车风加剧，影响在隧道中待避的作业人员；
（4）高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微压波，引起爆
2021/5/26
11
第11章高速铁路隧道工程－空气动力学问题
11.2.2 瞬变压力
我国高速铁路隧道瞬变压力的建议值
铁路类型
隧道长度（占线路长度的比例）
A（平原） B（平原） A（山丘） B（山丘）
单线双线单线双线

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四、高速铁路隧道设计关键技术（一）、空气压力波动及相应的空气动力学问题
当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开。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隧道外那样及时、顺畅地沿列车两侧和上部形成绕流。于时，列车前方的空气受压缩，列车后方则形成一定的负压。这就产生一个压力波动过程。这种压力波动又以声速传播至隧道口，形成反射波，回传，叠加，产生一系列复杂的空气动力学效应。
0 2000
10隧00 道中心点
0
-p10[P0a0]
-2000
-3000
-4000 0
测点
10
20
t [s]
30
Static pres s ures at locations in the tunnel
进口 40
50
375 m from the entry portal 750 m from the entry portal 1250 m from the entry portal
穿过横断面面积为101m²、临界长度为Ltu = 1490 m的隧道时的x-t和p-t图。
1490 m
测点
9
1、隧道内空气压力波的变化规律
（1）持续性从0秒到约20秒的时间间隔内，列车在隧道内。而且，列车离开隧道后，
列车产生的气压波在隧道内上下传播。
2500 1500
Static pressure measurements in the FERNTHAL-tunnel Comparison measurement - numerical simulation Test run 2002-04-04-13. Position p1
4
高速铁路是铁路现代化的重要标志，具有以下特点:
运输能力大环境污染小行车速度高安全性能好占用土地少特点
5

三、世界各国高速铁路隧道长度统计
800
600
400
200
0
隧道长度（k m）
日本 784
中国大陆（已开工）
700
德国 201
韩国 116
意大利 71
法国 50
中国台湾 44
英国 26
40
50
11
400
0
（03）空气压力10分布规律：沿20 列车t [s长] 度分30布不均匀性40
3000
Static pres s ures at
2000
locations in the tunnel
1000
p [Pa0]
-1000 -2000 -3000 -4000
0
车头
10
20
t [s]
列车中部 375 m from the entry portal
10
20
t [s]
30
40
50
出口 Static pres s ures at locations onboard a train
10
20
测点
t [s]
30
测点
at the front of the train in the m iddle of the train at the end of the train
500 p [Pa]
-500
-1500
-2500 0
列车在隧道
20
40
60
t [s]
80
Measurement Simulation
100
120
140
10
1200 x [m]
800
4（00 2）空气压力分布规律：沿隧道长度分布不均匀性
0 0
3000 2000 1000 p [Pa0] -1000 -2000 -3000 -4000
3
二、世界各国高速铁路长度统计
1964年世界上第一条高速铁路——东海道新干线在日本开通以来，目前世界上高速铁路的发展可谓方兴未艾。目前全世界高速铁路运营里程已达6678km。
里程（k m ）
世界各国高速铁路里程柱状图
12000
1122
2196
916
1541
409
31 74 142 246
瑞典英国比利时意大利韩国德国西班牙法国日本中国国家
750 m from the entry portal
1250 m from the entry portal
30
40
2000 1000
二、高速铁路隧道空气动力学
1
一、高速铁路的定义
定义之一： 1970年5月，日本在第71号法律《全国新干线铁路整备法》中规定：“列车在主要区间能以200km/h以上速度运行的干线铁道称为高速路”。定义之二： 1985年5月，联合国欧洲经济委员会将高速铁路的列车最高运行速度规定为：客运专线300km/h，客货混线250km/h。
7
四、高速铁路隧道设计关键技术（一）、空气压力波动及相应的空气动力学问题
这些因列车在隧道内高速行驶引起的空气动力学效应包括：瞬变压力、微压波、空气动力荷载、列车风以及列车空气阻力。它们对乘车的旅客、洞口环境、机车车辆、行车、隧道结构和隧道内各种附属结构物都存在不利的影响，主要表现在以下五个方面：
（1）瞬变压力(压力波动)————降低旅客乘车舒适度；
（2）微压波—————产生爆破噪声，影响隧道洞口环境和建筑物安全；
（3）空气动力荷载——对隧道衬砌及附属结构物施加额外的交变气动荷载；
（4）列车风—————影响隧道内作业人员及设备安全；
（5）列车空气阻力——降低牵引能力，增加牵引能耗。
8
1、隧道内空气压力波的变化规律试验对象：400m长、速度为350 km/h的ICE 3单列车运行
定义之三： 1986年1月，国际铁路联盟秘书长勃莱认为，高速列车最高运行速度至少应达到200km/h。因此，国际上目前列车最高运行速度达到200km/h及其以上的铁路为高速铁路；最高速度为140～160km/h时为快速铁路；速度为120km/h时为常速铁路。
2
一、高速铁路的定义
定义之四：我国把新建最高运行速度达到 250km/h和改建或增建第二线最高行车速度达到200km/h的铁路称为高速铁路，另外把设计速度目标值为200km/h及以上、短距离城市之间连接的客运专线铁路称为城际铁路。
西班牙 15.8
据不完全统计，截止到2005年底，全世界已经建成的高速铁路隧道总长度已经超过1400km。根据国务院2004年批复的《中长期铁路网规划》，
到2020年，我国修建的高速铁路隧道总长度将超过1000km。其中，2006年已经开工建设的高速铁路项目中，隧道座数超过500座，总长度已经超过700km。 6