隧道空气动力学问题导论资料

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。

軌道列車於隧道中運行之空氣動力學基礎機械廠尹春和當列車時速達300公里，相當於飛機低速飛行的速度，而與飛機相比，高速列車還要面對：(1)地面氣流的擾動。

(2)兩車交會時的車體振盪。

(3)車體通過隧道時，氣流的劇烈變化。

位於中國青島的中車四方股份公司副總工程師丁參參，同時也是中國高速列車設計師，他認為在整個設計過程中，首要解決就是空氣動力學的問題，高速列車時速達到300公里的時候，列車的阻力，百分之九十以上，都是由空氣動力學的問題所產生。

列車在隧道中的空氣動力學效應比明線(非隧道)上強烈的多，當列車通過隧道時，它就像一個鬆動的活塞，列車進入隧道時，被列車擠壓的空氣被迫大部分沿平行於隧道軸流動，大部分空氣被列車擠壓出去，而一部份將通過列車與隧道壁之間環形空間返回，隧道壁面的強迫效應導致氣流的壓力、流速和阻力都比明線條件下大得多。

1. 隧道中的氣流特點：在隧道中，除了列車本身速度外，列車還誘發各種氣流。

這種氣流和隧道中的阻塞比A/S(A-列車截面積，S-隧道截面積)以及隧道壁面的光潔度有很密切的關係。

在平滑的長隧道中一旦列車進入階段完成，將會有穩定的氣流和壓力變化貫穿在整個隧道中；在短小的隧道中或有豎井等之連通井而且結構複雜的隧道中，貫穿隧道的氣流是非常不穩定的。

2. 列車阻力：在隧道中的空氣阻力要比明線條件下的阻力高一倍以上，甚至可以大很多倍。

在客運列車上，空氣阻力可佔總運行阻力的90%以上。

隧道中的空氣阻力，極大地取決於隧道的橫截面積、長度以及機車車輛的特點。

3. 列車風：列車通過隧道時，在隧道中引起的縱向氣流速度與列車車速成正比。

在隧道中列車風可以導致路旁的工作人員失去平衡以及將不牢固的設備吹落在設備中。

有些鐵路規定列車速度高於160km/h時不允許員工進入隧道。

即使列車速度稍低，也必須讓員工在隧道中的避車洞內等待列車通過。

4. 列車在隧道內的壓力波：如圖1所示，當列車進入隧道之前，隧道內的空氣是處於靜止狀態的，當高速運行下之列車快速地駛入隧道時，因列車撞擊而帶動隧道中的空氣產生高壓振動波，該高壓振動波以遠大於列車行駛速度的聲速迅速往隧道的另一端傳遞，隧道內的空氣被壓力波壓迫後，會立即加速，當壓力波到達另一個隧道口時則會產生反射波，反射波往回傳遞，當其傳遞時，隧道空氣將再一次被加速。

汇报人：日期:contents •长大隧道及隧道群空气动力效应概述•长大隧道及隧道群空气动力效应模型与算法•长大隧道及隧道群空气动力效应影响因素分析•长大隧道及隧道群空气动力效应安全防护措施目录contents•长大隧道及隧道群空气动力效应研究展望目录•长大隧道及隧道群空气动力效应案例分析01长大隧道及隧道群空气动力效应概述长大隧道及隧道群空气动力效应是指列车高速通过长大隧道或隧道群时，列车与空气相互作用产生的一系列力，包括升力、阻力、侧向力和涡流力等。

这些力会影响列车的行驶安全和舒适度，严重时甚至可能导致列车失控和人员伤亡。

长大隧道及隧道群空气动力效应定义研究长大隧道及隧道群空气动力效应对于提高列车行驶安全性和舒适度具有重要意义，是铁路工程领域的重要研究方向之一。

通过研究长大隧道及隧道群空气动力效应，可以更好地了解列车与空气相互作用规律，优化列车外形设计，提高列车空气动力学性能，从而降低列车行驶阻力和噪音，提高列车的行驶速度和舒适度。

理论分析、数值模拟和实验研究等方面。

车试验等。

气动升力、气动侧向力等方面的研究。

02长大隧道及隧道群空气动力效应模型与算法03基于流体动力学的隧道群模型介绍如何将流体动力学原理应用于隧道群空气动力效应的研究，包括隧道群内空气流动特性、流速分布等。

01流体动力学基本原理介绍流体动力学的基本原理，包括流体特性、流动类型、流动方程等。

02基于流体动力学的长大隧道模型阐述如何将流体动力学原理应用于长大隧道空气动力效应的研究，包括隧道内空气流动特性、流速分布等。

基于流体动力学的模型与算法基于数值模拟的模型与算法数值模拟基本原理01介绍数值模拟的基本原理，包括有限元法、有限差分法、有限体积法等。

基于数值模拟的长大隧道模型02阐述如何将数值模拟方法应用于长大隧道空气动力效应的研究，包括隧道内空气流动特性的数值模拟、流速分布的数值模拟等。

基于数值模拟的隧道群模型03介绍如何将数值模拟方法应用于隧道群空气动力效应的研究，包括隧道群内空气流动特性的数值模拟、流速分布的数值模拟等。