空气动力学效应作用下高速铁路隧道细观力学数值模拟
时速400公里高速铁路单列车通过隧道气动载荷数值模拟研究
时速400公里高速铁路单列车通过隧道气动载荷数值模拟研究时速400公里高速铁路单列车通过隧道气动载荷数值模拟研究引言:高速铁路作为一种重要的交通工具，具有速度快、效率高、安全性强等优点，已成为现代交通运输领域的重要组成部分。
随着高铁技术的不断发展，越来越多的高速铁路线路开始采用地下隧道的形式，以减少对周围环境的影响，并提高运行速度。
然而，在高速列车通过隧道时，由于空气动力学效应的存在，会在隧道内壁上产生气动载荷，对列车和隧道的结构安全性产生影响。
因此，本研究通过气动载荷数值模拟，对时速400公里高速铁路单列车通过隧道时的气动载荷进行研究，旨在提供有效的技术支持和理论指导，保障高铁运行的安全性和可靠性。
方法与过程:1.建立隧道与列车的三维模型：首先，根据实际情况，以某地区高速铁路隧道为例，采用计算机辅助设计软件将隧道、列车以及相关的地质环境等进行三维建模。
2.流场模拟及求解：基于计算流体动力学（CFD）理论及相关软件，对列车穿行隧道时的空气流动进行计算分析。
利用数值模拟方法对隧道内不同速度、不同列车类型的气动载荷进行模拟求解。
3.载荷特性分析：通过数值模拟得到的气动载荷数据，对列车在隧道内的气动载荷特性进行分析：包括载荷大小、分布规律、位置以及对隧道和列车的影响等。
结果分析：通过模拟计算，得出了时速400公里高速铁路单列车通过隧道时的气动载荷，具体分析如下：1.气动载荷大小分析：通过不同速度下列车穿行隧道的模拟计算，得到了不同速度下列车的气动载荷大小。
结果表明，随着速度的增加，气动载荷会逐渐增大，这对隧道和列车的结构安全性提出了更高的要求。
2.气动载荷分布规律分析：基于模拟计算结果，对隧道内壁上气动载荷的分布规律进行了分析。
结果显示，气动载荷主要集中分布在隧道下方的壁面上，且在列车通过时会出现明显的波动。
3.气动载荷对列车和隧道的影响：通过模拟计算结果，分析了气动载荷对列车和隧道结构的影响。
结果表明，较大的气动载荷会对列车稳定性产生较大影响，同时也会对隧道结构的稳定性和安全性造成威胁。
高速列车通过隧道时产生的空气动力学问题
。
边界层方法
03
对隧道和列车周围的流场进行精细建模，适用于研究列车与隧
道之间的相互作用。
实验研究方法
风洞实验
在风洞中模拟列车通过隧 道的情境，以观察和测量 列车和隧道周围的流场特 性。
实物模型实验
使用实际列车和隧道进行 实验，以测量和评估列车 通过隧道时的空气动力学 性能。
热线风速仪测量
用于测量列车和隧道之间 的局部风速和风压，以评 估空气动力学性能。
采用扁平车头设计，以减少空气阻力和压力波的 产生。
流线型车头设计
采用流线型车头设计，以降低空气阻力和涡流产 生。
优化车头形状
根据空气动力学原理，优化车头的形状，以降低 空气阻力和压力波的产生。
改善隧道内通风系统
加强隧道通风设施
加强隧道内的通风设施，如风机、通风口等，以加快空气流通和 减少压力波的产生。
02
隧道内空气流动的基本原理
流体动力学基础
01
02
03
流体的定义
流体是指可以流动的物质 ，包括液体和气体。
流体的性质
流体具有连续性、不可压 缩性和粘性。
流体的运动
流体的运动可以通过速度 、方向和加速度等参数来 描述。
隧道内空气流动的特点和规律
空气流动的驱动力
隧道内空气流动的驱动力主要包 括列车行驶时产生的压力波和空
目前，针对高速列车通过隧道时的空 气动力学问题，国内外学者提出了多 种数值模拟方法和实验模型，这些方 法为深入研究列车与隧道间的相互作 用提供了有力支持。
未来，随着计算流体力学、实验流体 力学等学科的发展，高速列车通过隧 道时的空气动力学问题研究将更加深 入，有望在列车设计、运行控制等方 面实现突破。同时，随着科技的发展 ，研究手段和方法也将不断创新和完 善，为解决实际问题提供更多选择和 支撑。
高速列车隧道空气动力学三维数值仿真系统的开发与应用
一、系统开发
一、系统开发
高速列车隧道空气动力学三维数值仿真系统的开发是一个复杂的过程，涉及 到流体动力学、计算物理、计算机科学等多个领域的知识。首先，该系统需要对 高速列车和隧道内的空气流动进行建模。考虑到真实情况的复杂性，需要建立一 个高度精细的模型，包括车体的形状、隧道的结构、以及空气的物理性质。
内容摘要
本研究对连拱隧道动态施工模型试验与三维数值仿真模拟进行了系统的探讨。 然而，受限于研究时间和经费等条件，还存在一些需要进一步探讨的问题。例如， 如何更精确地模拟连拱隧道施工过程中的复杂地质条件、如何将仿真模拟结果与 现场监测数据进行有效结合等方面还需要进行深入研究。
内容摘要
总之，本次演示通过对连拱隧道动态施工模型试验与三维数值仿真模拟的研 究，为提高隧道施工质量和安全提供了一定的理论支持和实践指导。然而，仍需 要进一步深入研究和完善仿真模拟技术，以更好地服务于隧道工程建设。
内容摘要
通过模型试验和数值仿真模拟，本研究得出以下结论： （1）连拱隧道动态 施工过程中，隧道结构的力学行为和变形规律受到多种因素的影响，如施工顺序、 支护结构形式和地层条件等。 （2）三维数值仿真模拟技术可以较为准确地模拟 连拱隧道的动态施工过程，预测未来变形趋势，为优化施工方案提供依据。 （3） 在某些复杂情况下，仿真模拟结果与实际情况仍存在一定误差，需要结合现场监 测数据进行修正和完善。
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尽管我们已经对高速列车的空气动力学性能有了深入的理解，但仍有许多问 题需要进一步研究。例如，如何更有效地降低高速列车的气动噪音，如何在保证 列车稳定性的同时提高其行驶速度等等。这些问题的解决将为高速列车的进一步 发展提供强大的理论支持。
四、结论
四、结论
高速列车的空气动力学性能研究是列车科技发展的重要方向。通过深入理解 列车的空气动力学性能，我们可以优化列车的形状和结构，提高其运行速度和稳 定性，同时降低能量消耗和气动噪音。这不仅有助于提高旅客的乘坐体验，也为 实现可持续的交通出行提供了可能。
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。
高速列车通过隧道时压力波的数值模拟
高速列车通过隧道时压力波的数值模拟基于三维瞬态可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程和？资-？着两方程湍流模型，采用包括滑移网格技术的计算流体力学方法，根据列车及隧道观测点采集的压力数据对高速列车进入隧道时隧道表面以及车体表面压力变化规律进行了分析，计算了不同速度下（200、300、380和500km/h）的压力波幅值，得出了速度与压力大小的数值关系，并初步研究了列车通过隧道时列车所受的气动力变化规律。
计算结果表明列车通过隧道过程中受到较大的侧向力，隧道表面压力变化幅值和车体表面压力变化幅值是列车速度的二次方函数。
标签：高速列车；隧道；数值模拟；空气动力学引言近年来，高速列车得到了迅猛地发展[1]。
随着列车运行速度的提高，空气动力学问题已成为制约列车提速的重要因素，引起了广泛的关注。
高铁线路中隧道占有很大的长度比例，如武广线隧道（含明洞）占线路长度的17.15%，不同于列车在开阔的地面上行驶，隧道的边壁大大限制了空气的侧向流动和上向流动，同时考虑到空气的可压缩性，当列车通过隧道，隧道内的空气将产生相当大的压力瞬变，形成列车隧道压力波[2]。
这种压力波会对旅客、列车、隧道及周围环境等造成严重的影响。
从20世纪60年代起，国内外就开始对高速列车隧道的空气动力学问题进行研究[3-5]。
在列车在进入隧道时的压力瞬变、列车活塞风等许多问题上取得了一定进展，但都尚有其局限性。
文章在特定隧道参数和具体列车速度下，利用计算流体软件Fluent，采用三维黏性、瞬态可压缩的数学模型，研究了高速列车通过隧道的过程中隧道及列车表面的压力分布规律以及列车气动载荷的变化规律。
1 计算模型1.1 数学模型高速列车通过隧道引起的空气流动是三维、非稳态可压缩的湍流流动。
由于模拟计算车速在200～500km/h间，并且隧道内的空气受到隧道壁的限制，空气流动需要当作可压缩处理。
对粘性、可压缩的基本方程进行雷诺时均化[6]，并附加？资-？着方程湍流模型来求解列车通过隧道时的气动力。
高速铁路隧道空气动力学数值模拟方法分析的开题报告
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。
高速列车进入隧道空气动力学模型试验分析
实验测试和数值模拟是研究这一问题的有效方法。本文利用这两种方法对高速列车在进入隧道过程中， 压力的变 化情况进行了计算和测试。从得到的结果可以看出， 它们能够起到相互补充， 互相印证的目的。通过对结果的分 析， 也得出压力波产生、 变化的一些规律。 关键词： 高速列车； 空气动力学； 隧道 中图分类号： #!11 & "； #!11 & 3 文献标识码：4
空 气 动 力 学 学 报 #$%& !!，’$& " !"#! !$%&’()!*+"! ,+)+"! +,-& ， !(() ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
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" 收稿日期：!(("0(10!"； 修订日期：!(("0(2011 &
基金项目：国家自然科学基金 （.(13/(2(） 资助项目 & 万方数据 （1*3!0） 作者简介：王英学 ， 男， 讲师， 土木工程专业 &
第#期
王英学等：高速列车进入隧道空气动力学模型实验分析
高速列车空气动力学性能的数值模拟研究
高速列车空气动力学性能的数值模拟研究在现代快速发展的社会中，交通运输已成为人们生活中不可或缺的一部分。
作为现代交通的代表之一，高速列车以其高速、舒适、安全等优点备受人们青睐。
然而，在高速列车的设计和研发过程中，空气动力学性能则是不可忽视的一环。
空气动力学性能是指在列车高速行驶时，车体所受到的风阻及气体流动等因素对列车性能产生的影响。
因此，数值模拟技术成为了研究高速列车空气动力学性能的主要手段之一。
首先，数值模拟技术可以对高速列车的空气动力学特性进行精确的计算。
通过建立高精度的数值模型，可以对列车在正常运行时受到的空气阻力、空气流动等因素进行准确的计算和预测。
这有助于工程师们对列车的设计和改进进行更加科学的指导。
其次，数值模拟技术能够为高速列车的设计提供参考。
通过针对列车的不同部位进行详细的模拟，可以精确地分析各部位的空气流动和阻力情况。
如此，就能够在设计初期就对列车进行优化，提高列车整体的空气动力学性能，从而达到更加优秀的运行效果和安全性能。
另外，数值模拟技术还可为工程师们提供准确的实验数据。
在模拟过程中，工程师们可以根据需要更改设定，如更改列车的速度或外形等，以观察其对列车空气动力学性能的影响。
这有助于工程师们更好地了解列车的空气动力学特性，并在实际设计时提高其安全性和稳定性。
总之，在高速列车的设计和研发过程中，空气动力学性能不可忽视。
而数值模拟技术则成为了研究高速列车空气动力学性能的主要手段之一。
通过精确的计算和优化设计，工程师们能够为高速列车的整体性能和安全性能的提高做出更为有效的贡献。
越江铁路隧道空气动力学效应的数值模拟
初 始压缩 波的压 力 （ ｐ 一 时间 曲线 ， △ ） 虚线 为 压力梯 度
（ ｐｄ ） 时 间 曲线 。 由图可 以看 出 ， ｄ ／ ｔ一 压缩 波 在 １５ ３ ．５ Ｓ 到最大 压力值 ２ ７ １ｋ ａ在 １４ ５ｓ 到最 大 压力 达 ．０ Ｐ ， ．１ 达 梯度值 ２ ． ７ ｋ ａｓ 由于 数值 模 型 中没 有考 虑 列 车 ２ ４ Ｐ／。 ４ 和隧道边 壁 的摩 擦作 用 ， 力值在 达到顶点 之后 ， 一 压 在
最大梯度值 与 国外理论计 算结 果进 行 了定量 比较 ， 比较 结果表 明该数 值模 拟 方 法和 结果 具有 较 高 的可
靠性 。 官键 词 ： 高速 列 车 隧 道 微 压 波 数 值 模 拟 理 论 计 算 中 图分 类 号 ：４ １ ． 文 献 标 识 码 ： Ｕ ５ ３ Ａ 广 深 港 客 运 专 线 狮 子 洋 隧 道 位 于 东 涌 站 一 虎 门 站 １ １ 计 算 区 域 和 网 格 的 划 分 ．
区间， 下穿珠 江人海 口狮 子 洋 ， 全线 控 制性 工 程 ， 为 全
长 ｌ．ｋ ０ ８ ｍ。该 隧 道 结 构 为 双 线 双 洞 ， 洞 净 空 面 积 单
考虑 到计 算机 硬 件 的 限制 ， 数值 模 拟 中取 隧 道长
度 Ｌ＝１ ０ （ 里 不 考 虑 隧 道 长 度 对 于 压 缩 波 的 非 ０ｍ 这 ０
（ ＝Ａ ／ Ａ 。Ａ， 。为 列 车 横 断 面 积 ， 为 隧 道 横 断 面 Ａ
积 ） ０ １ 。计算 区域 和列 车 及 隧道模 型 周 围网格 划 为 ，８
分 如 图 １和 图 ２所 示 。 １ ２ 初 始 条 件 和 边 界 条 件 ．
根 据计 算需 要 ， 出流场 的初 始 密度 、 给 速度 、 度 温 和压力等 初始条 件 。边 界 条 件设 定如 下 ： 假设 列 车 ① 和隧道 为一个 绝热 实心 体 ； 空气 域远 场压 力 的远 场 ②
高速列车空气动力学特性数值模拟研究
高速列车空气动力学特性数值模拟研究随着科技的不断进步和人们对高速交通需求的增加，高速列车正日益成为现代交通的主要选择。
为了确保高速列车的安全和舒适性，对其空气动力学特性进行数值模拟研究显得尤为重要。
本文将对高速列车的空气动力学特性进行详细探讨，并介绍数值模拟在研究中的应用。
首先，空气动力学是研究气体在物体表面流动中产生的力的科学。
在高速列车运行中，空气动力学特性的理解对于列车性能的优化和安全性的保证至关重要。
由于高速列车的运动速度较快，流体在列车表面的流动会形成较强的阻力，并且可能导致噪声和不稳定的情况。
因此，对高速列车的空气动力学特性进行深入研究能够改善列车的性能和乘坐体验。
在过去的研究中，数值模拟已经被广泛应用于高速列车的空气动力学研究。
数值模拟利用计算机的算力和数值方法，可以模拟高速列车在不同速度下的空气流动情况。
通过对列车的设计和优化，可以减少阻力和噪音，并提高运行效率。
通过数值模拟，研究人员可以模拟不同的列车外形、速度和环境条件，以获得最佳设计参数。
在进行高速列车空气动力学特性数值模拟研究时，需要注意以下几点。
首先，模拟应该准确地反映实际的运动情况，包括列车的速度、方向和运行状态。
其次，模拟中需要考虑列车表面和周围环境的物理特性，如摩擦系数和流体的密度。
另外，还需要考虑列车的外形和尺寸，以及气动外形对流场的影响。
最后，数值模拟还应考虑边界条件和网格划分等因素，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
进行高速列车空气动力学特性数值模拟研究可以帮助设计人员优化列车的外形和减少阻力，从而提高列车的运行效率。
通过模拟研究，可以得到列车在不同速度下的阻力系数和升力系数等关键参数，为列车设计和改进提供指导。
此外，数值模拟还可以为列车的风险评估和安全性评价提供重要的依据。
然而，数值模拟也存在一些限制和挑战。
首先，模拟结果的准确性取决于所选择的数值方法和模型的精度。
其次，模拟过程需要大量的计算资源和时间，尤其是对于复杂的列车外形和环境条件。
高速铁路隧道压力波数值模拟研究
高速铁路隧道压力波数值模拟研究高速铁路隧道是当今重要的交通运输方式之一，其隧道压力波问题是一个必须解决的问题。
隧道内的空气通过高速列车运动所产生的压缩波、扰动波、折射波等反应在隧道周围的山体中，会导致山体应力状态发生变化，影响到隧道的土体周围的稳定性。
因此，人们需要进行数值模拟研究，以预测和控制隧道压力波对隧道、山体以及列车的影响。
隧道压力波数值模拟研究是一种对自然现象进行模拟分析的数值技术。
其基本思路是先确定隧道内、隧道周围空气的流动场、压力场分布等外部条件，再应用计算流体力学、有限元分析等数值模拟方法进行模拟计算。
模拟计算的结果可以提供有关隧道压力波的信息，如压力值、波速、波形等，以及在不同条件下的响应情况，可用于制定隧道防护措施和优化设计方案。
隧道压力波数值模拟研究中，建立了隧道、山体、高速列车与空气的联合模型，进行了复杂的动态分析。
在计算中，需要考虑到空气在隧道内的流动特性、隧道周围山体的形状、特性和初始应力状态，
高速列车的速度和振动等多个因素。
基于这些因素，进行了多组仿真计算和对比分析，得出了隧道压力波产生、传播和衰减等一系列问题的解答。
从数值模拟研究结果来看，隧道内的空气在高速列车行驶时，会受到不同的压力和速度作用，这样就会产生浓厚的压缩波、扰动波，过于强烈的压缩波会引起隧道结构及周围土体的损坏。
因此，需要在速度减小区域设置防护措施，减小压缩波的影响，保护隧道结构的完整性。
总的来说，高速铁路隧道压力波数值模拟研究是一项非常重要的工作。
通过数值模拟研究，能够更好地了解和掌握隧道压力波的产生和传播规律，制定科学、合理的防护措施和优化设计方案，更好地保障高速铁路隧道的安全运行。
越江铁路隧道空气动力学效应的数值模拟
越江铁路隧道空气动力学效应的数值模拟
赵文成;朱丹;肖明清
【期刊名称】《铁道建筑》
【年(卷),期】2007(000)012
【摘要】通过数值计算对高速列车通过狮子洋隧道产生的复杂压力场进行了模拟,对模拟结果中的压力及压力梯度曲线进行了具体分析,得到了狮子洋隧道空气动力学效应的相关特征参数,并将最大压力值和最大梯度值与国外理论计算结果进行了定量比较,比较结果表明该数值模拟方法和结果具有较高的可靠性.
【总页数】3页(P42-44)
【作者】赵文成;朱丹;肖明清
【作者单位】西南交通大学土木学院,成都,610031;铁道第四勘察设计院城建院,武汉,430063;铁道第四勘察设计院城建院,武汉,430063;铁道第四勘察设计院城建院,武汉,430063
【正文语种】中文
【中图分类】U451+.3
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5.复杂艰险山区高速铁路隧道群空气动力学效应及缓解措施 [J], 陶伟明; 吴剑; 史宪明
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高速列车进入隧道的气动作用数值模拟
高速列车进入隧道的气动作用数值模拟
赵晶;李人宪
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】2009(044)001
【摘要】为了寻求减小气动作用的方法,基于三维非稳态粘性流的雷诺平均Navier-Storkes方程及两方程紊流模型,采用包含移动网格技术的计算流体力学方法,对高速列车进入隧道的气动作用进行了动态数值模拟;计算了2种车型(ICE和新干线300系)、5种车速(200,250,300,350和400 km/h)和5种隧道断面尺寸的列车-隧道流场,获得了隧道内压力和列车气动阻力的变化趋势,并分析了列车速度、阻塞比、车头形状和线路状况等因素的影响.研究表明,列车速度和阻塞比对气动作用的影响具有一定规律.
【总页数】5页(P96-100)
【作者】赵晶;李人宪
【作者单位】西南交通大学机械工程学院,四川,成都,610031;西南交通大学机械工程学院,四川,成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】V211.3
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高速列车空气动力学特性的数值模拟
高速列车空气动力学特性的数值模拟随着科技的不断进步，高速列车空气动力学特性的数值模拟已经成为重要的研究方向。
通过数值模拟，可以有效地预测高速列车在运行过程中所产生的空气动力学效应，以及为相关领域的科研和实际应用提供可靠的依据。
一、高速列车的空气动力学特性高速列车是运作在铁路系统中的一种重要的交通工具，其在运行过程中会产生大量的气流。
这些气流对列车会产生一定的阻力，同时也可能会对周围环境造成一定的影响。
因此，研究高速列车空气动力学特性具有重要的意义。
高速列车空气动力学特性主要包括以下方面：1.阻力特性高速列车在运行过程中，由于空气阻力的存在，会需要更多的牵引力以维持运行速度。
因此，阻力特性的研究对于高速列车的运行效率有着重要的影响。
2.气流特性高速列车运行产生的气流会对周围环境产生影响，因此研究气流特性对于保证列车安全、保障周围环境的健康具有非常重要的作用。
3.车体空气动力学特性高速列车车体的形状和结构会对其空气动力学特性产生重要影响。
因此，研究车体空气动力学特性是高速列车空气动力学研究的重要方向。
二、高速列车空气动力学特性的数值模拟高速列车空气动力学特性的数值模拟是利用计算机数值模拟方法对列车运行中产生的空气动力学效应进行模拟和预测的过程。
这种方法可以通过虚拟实验获得大量的数据，从而分析高速列车的空气动力学特性，并预测其运行过程中的行为。
高速列车空气动力学特性的数值模拟可以采用多种方法，包括CFD(Computational Fluid Dynamics)、有限元法以及边界元法等。
其中，CFD方法是最常用的一种方法，可以比较准确地模拟气流、温度、压力等参数，并分析这些参数对列车产生的影响。
三、高速列车空气动力学特性的数值模拟方法1.CFD方法CFD方法是一种基于数学模型的计算方法，可以分析运动物体周围的流体场，并模拟流体的运动和变化过程。
CFD方法可以根据流体的运动方程模拟高速列车的空气动力学特性，其中包括空气的速度、压力、密度等参数。
高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析
高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析随着技术的进步，高速列车已成为重要的现代化交通工具之一。
在高速列车的发展过程中，研究列车的空气动力学特性至关重要。
空气动力学特性的数值模拟与分析是研究列车空气动力学问题的有效手段。
本文将介绍高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析。
一、数值模拟技术数值模拟技术是通过计算机模拟物理系统的运动规律，从而得到物理和数学的解决方案的一种技术。
在高速列车空气动力学特性的数值模拟中，采用计算流体力学（CFD）技术。
CFD技术是一种基于现代计算机的数值方法，用于计算流体动力学问题。
它基于Navier-Stokes方程组，通过数值计算来预测和描述流体的运动和行为。
CFD技术包括数值离散化、求解方案、收敛性分析等方法，可以对空气动力学问题进行数值分析和计算。
二、空气动力学参数研究空气动力学特性的目的是根据列车在高速运动中的动态压力分布，以及阻力、升力、侧力、气动噪声等因素的影响，进行列车空气动力学参数的研究和优化设计。
在高速列车中，空气动力学参数主要包括气动力系数、压力分布等方面的参数。
其中，气动力系数是描述列车所受到气动力影响的关键参数。
它是指列车在空气中运动时所受到的气动力与所受到的空气动力学特性间的比值。
气动力系数的大小反映了外部流体对列车运动的影响程度。
三、列车模型建立在进行高速列车空气动力学特性的数值模拟与分析之前，需要先建立一个准确的列车模型。
列车模型的建立对研究结果影响很大。
在建立列车模型时，需要考虑列车的几何特征、车型参数和测量结果等。
列车模型建立的目的是为了能够准确描述列车的空气动力学特性。
对于不同类型的列车，模型的建立方法有所不同。
在模型的建立过程中，需要根据具体情况灵活运用各种建模方法，如CAD设计、实物测量、数值计算、流场仿真等。
四、数值模拟分析在进行高速列车空气动力学特性的数值模拟分析时，需要将列车模型输入CFD 软件中进行模拟。
通过CFD技术，可以得到列车在空气中流动时所受到的各种气动力系数和压力分布等参数。
高速列车空气动力学性能数值模拟与优化研究
高速列车空气动力学性能数值模拟与优化研究本文将对高速列车的空气动力学性能进行数值模拟与优化研究。
高速列车的空气动力学性能是影响列车运行速度、能耗、安全性以及乘客舒适性的重要指标。
通过数值模拟与优化研究，可以提高高速列车的空气动力学性能，降低空气阻力，提高列车运行效率。
首先，我们将对高速列车的外形进行数值建模。
高速列车的外形设计是影响空气动力学性能的重要因素。
通过计算流体力学（CFD）软件，对列车外形进行数值建模，可以获得列车在高速运行时的空气动力学特性。
在建模过程中，需要考虑列车的车头形状、车身外形以及车尾形状等因素。
通过优化外形设计，可以减小列车的空气阻力，提高列车的运行效率。
其次，我们将对高速列车的空气阻力进行数值模拟。
空气阻力是高速列车运行时的主要阻力之一。
通过数值模拟，可以计算出列车在运行过程中所受到的空气阻力。
在模拟过程中，需要考虑列车的速度、车体表面粗糙度、气动外形以及空气的流动特性等因素。
通过对空气阻力进行准确的数值模拟，可以找到降低空气阻力的方法与措施，从而提高列车的空气动力学性能。
第三，我们将对高速列车的气动噪声进行数值模拟与优化研究。
高速列车在高速运行时会产生较大的气动噪声。
气动噪声对乘客的舒适性和列车的运行安全性都有一定的影响。
通过数值模拟与优化研究，可以减小列车运行时的气动噪声。
在模拟与优化的过程中，我们可以找到降低气动噪声的方法，例如调整列车外形，增加降噪设备。
最后，我们将对高速列车的能耗进行数值模拟与优化。
高速列车的能耗是评估列车空气动力学性能的重要指标之一。
通过数值模拟，我们可以计算出列车在高速运行时的能耗，并找到降低能耗的方法与措施。
在数值模拟中，我们需要考虑列车的空气阻力、空气动力学参数以及列车的运行速度等因素。
通过优化列车的外形与运行参数，可以降低列车的能耗，提高列车的运行效率。
通过以上的数值模拟与优化研究，我们可以提高高速列车的空气动力学性能，降低空气阻力，提高列车运行效率。
隧道中高速列车空气阻力的三维数值模拟
即流 体 的法 向速度 为零 。
用波的传播理论对所得结果进行 了分析。 ２ 数 学 模型
２ ． １ 控 制 方程
列车 进入 隧道 时 引起 的空气 流动 ， 是 可压 缩 、 存 在边 界层 分 离 的三 维不 定 常 紊 流 流 动 ， 它 遵 守 质量 守恒 、 动 量守 恒和 能 量 守 恒定 律 … 。其 通 用 形式 的
变量 ； Ｆ为 广义 扩 散 系数 ； Ｓ为广 义 源项 。上式 中各
（ ４ ） 采 用 滑动 网格 技术 模 拟 高速 列 车 和空 气 区
域 问 的相 对运 动 。
２ ． ３ 求解 方法
项依次为瞬态项 、 对流项 、 扩散项和源项 。对于特定 的方程 ， ‘ ｐ 、 Ｆ和 ｓ具 有特 定 的形式 ， 三个 符 号与 各特 定方 程 的对应 关 系见表 １ 。
大 的空 气 阻力称 为 隧道空 气 附加 阻力 。
一
些 学者 采用 一维 非恒 定流模 型 模拟 列车 隧道
式中， Ｒ为气体 常数 ； Ｔ为气体 温度 。
２ ． ２ 初 始条件 和 边界条件
空气 阻力 ， 但 未能 反 映 出列 车 头 部 进 入 波 和 列 车尾 部进 人波 在 隧道 内 的反 射与 叠加 规律 。本 文采 用 三 维粘性 、 可压缩 、 不 等熵 、 非定 常 流的数 学模 型 ， 对 隧 道 中高速 列车 空气 阻力 进 行 了 三 维数 值 模 拟 ， 并 且
控制 方程 可写 为 ：
十 ｄ ｉ ｖ （ ｐ ｎ Ｊ ‘ Ｐ ） ＝ｄ ｉ ｖ （ Ｆ ｇ ｒ ａ ｄ ｔ ｐ ） ＋Ｓ
隧道中高速列车空气阻力的三维数值模拟
隧道中高速列车空气阻力的三维数值模拟
张兆杰
【期刊名称】《北方交通》
【年(卷),期】2013(000)004
【摘要】为获得高速列车通过隧道时空气阻力变化规律,指导高速铁路纵断和列车头部的优化设计,采用三维粘性、不等熵、可压缩、非定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对高速列车通过隧道时的空气阻力进行了三维数值模拟.对计算结果中的空气阻力曲线进行了分析,将其中的空气阻力波动情况与列车的运行情况相结合,对此过程进行了详细的描述和解释.介绍了考虑隧道中列车空气阻力时高速铁路线路纵断面设计中最大坡度的折减方法.
【总页数】3页(P121-123)
【作者】张兆杰
【作者单位】四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院,成都610041
【正文语种】中文
【中图分类】U451+.3
【相关文献】
1.高速列车穿越有竖井隧道时车头压力和微压波的三维数值模拟 [J], 张竹清;高波
2.高速列车通过隧道流场的三维数值模拟 [J], 赵晶;李人宪;李建亮
3.开孔隔墙隧道内单列高速列车运行空气阻力的数值模拟研究 [J], 郭安宁;罗禄林;贾永兴;梅元贵
4.单列高速列车通过隧道空气阻力特性数值模拟研究 [J], 杨永刚;杜云超;梅元贵
5.基于一维流动模型的高速列车隧道交会空气阻力数值模拟研究 [J], JIA Yongxing;LI Mianhui;MEI Yuangui
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局部变截面铁路隧道的空气动力学效应
局部变截面铁路隧道的空气动力学效应李文辉;刘堂红;MARTINEZ-VAZQUEZ Pedro;夏玉涛;陈争卫;郭子健【期刊名称】《中南大学学报:英文版》【年(卷),期】2022(29)8【摘要】本文采用三维、可压、非定常方法和RNG k−ε湍流模型对截面部分减小的新型铁路隧道的空气动力学性能进行了数值研究,分析了截面减小率对马赫波传播的影响。
结果表明:截面减小率对隧道中部的压力配置影响最大,其次是入口扩大段,最后是出口扩大段。
截面变化处所产生的新的压缩波强度随着主隧道截面积的减小呈指数增加。
变截面隧道洞壁和列车表面的最大压力峰峰值比等效均匀隧道分别降低10.7%和13.8%。
经济分析表明,变截面原型隧道的空气动力学性能优于基于相同开挖体积的传统隧道。
【总页数】16页(P2589-2604)【作者】李文辉;刘堂红;MARTINEZ-VAZQUEZ Pedro;夏玉涛;陈争卫;郭子健【作者单位】Key Laboratory of Traffic Safety on Track of Ministry of Education of Traffic&Transportation Engineering South University 410075;Joint International Research Laboratory of Key Technology for Rail Traffic Safety South University 410075;National&Local Joint Engineering Research Centre of Safety Technology for Rail Vehicle South University 410075;School of Engineering University of BirminghamKingdom;Department of Civil and Environmental Engineering Hong Kong Polytechnic University Hom Kong【正文语种】中文【中图分类】U45【相关文献】1.空气动力学效应作用下高速铁路隧道细观力学数值模拟2.隧道长度对高速铁路地下车站空气动力学效应的影响研究3.铁路隧道变截面空气动力学效应分析4.高速铁路隧道空气动力学效应变化规律与设计方法研究5.复杂艰险山区高速铁路隧道群空气动力学效应及缓解措施因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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图 ３ 孔 隙 细 观 结 构
模 时 ， 料粒 径分 别 取 ６ 、０ １ ｍ． 文 献 ［ ］ 骨 ０ ３ 、６ｍ 按 ６
２ 数 值 模 拟 过 程 实现
２ １ 边 界条 件 ．
的计算过程 ， 计算结果为 ： ｍ粒径的骨料数是 ６ｍ ０ １ ８个 ，０ｍ 粒 径 的骨 料 数 是 ６ ３ ｍ １个 ，６ｍ 粒 径 １ ｍ
文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
隧道 开挖后 ， 隧道 支 护 结构 与 围岩 共 同组 成
道 内产生 空气 压力 波 ， 种 压 力波 动 相 当于气 动 这
荷载作用在隧道衬砌结构和隧道 内各种设备上 ，
本文 在 已获 得 的 隧道 衬 砌 压 力 变 化 规 律 的基 础 上 ， 混凝 土 细 观 力 学 的角 度 出发 ， 究 探 讨 从 研 了空 气动力 学效 应对 隧道衬 砌结 构 的细 观力 学性
ｋ ／ ， 道 中的 气 体 被 挤 压 的速 度 非 常 的 慢 ， ｍ ｈ隧 同 时低 速条件 下 车尾 处所 产 生 的负 压也 非 常 的小 ， 因此在 隧道 中所 产 生 的压 力 波 扰 动较 小 ， 对 于 相 隧道 结构所 受 的其 他 载荷 是 可 以忽 略 的． 是 在 但 列车 高速运 行条 件 下 ， 由于 隧道 内 的空 气 流动 受 隧道 壁面 的限制 及 空 气 的 可压 缩性 ， 产生 相 当 会 大 的压力 瞬变 （ 简称压 力 波 ） 从 而 引起 行 车空 气 ，
料 属性 见 附表．
附表 混凝土各组分材料参数
图 ２ 含孔 隙 的 细 观 力 学 模 型
１ ３ 衬砌 骨料 数 的确定 ．
根 据铁 路 隧道 混 凝 土设 计 规 范 ， 文采 用 的 本 铁路 隧 道衬 砌 混凝 土 等 级 为 Ｃ ０ 骨 料 最 大 粒 径 ３，
为 ８ ｍ， 小 粒径 为 １ ０ｍ 最 ６ｍｍ． 在进 行 细观 力 学建
空气 动 力学效 应 作 用 下 高速 铁 路 隧道 细 观 力 学 数 值 模 拟
马云 东， 李博 ， 范斌
（ 大连 交通 大学 辽宁省隧道 与地 下建 筑工程研 究中心 ， 宁 大连 １６ ２ ） 辽 １０ ８
摘 要： 在隧道衬砌压力变化规律研究 的基 础上 ， 从混凝土细观力 学的角度 出发 ， 建立 了含初始孔 隙的
灌 浆压 力 、 部 落石 以及 温度 变 化 或 混凝 土 收 缩 局 所引 起 的温 度应 力 和 收缩 力 等 ． 殊 载荷 包 括 一 特
１ 高速铁 路隧道细观 力学数值模 拟 模 型 的建 立
１ １ 细观 力 学模型参 数选 取 ．
些偶然发生的载荷 ， 如炮弹的冲击力和爆炸时产 生的激波压力、 地震产生的地震力 、 发生车祸时汽 车对隧道结构的冲撞力等． 对于高速铁路隧道 ， 在 原有 的 低 速 条 件 下 ， 车 的 运 行 速 度 不 到 １０ 列 ０
能及 耐久性 的影 响 ．
有机的地下结构体系 ， 其载荷可分为主要载荷 、 附
加 载荷 和特殊 载 荷 三类 ， 主要 载 荷 指 长期 作 用 的
载荷 ， 包括 地 层压 力 、它 围岩 弹性 抗力 、 结构 自重
力、 回填岩土重力 、 地下静水压力 以及使用载荷． 附加载荷指非经常作用的载荷 ， 它包括施工载荷 、
作者简介 ： 马云东 （ ９４一） 男 ， １６ ， 教授 ， 博士 ， 主要从事铁道地下工程结 构的研究
Ｅ－ ａ ｌ ｙ ｎｄ ｎ ｍ ａ １ ｍ ｉ ： ｕ ｏ ｇ ＠ ２６． ｏ ． ｃｒ ｎ
第 ４期
马云东 ， ： 等 空气动力学效应作用下高速铁路 隧道 细观力 学数值模 拟
１ ７
混凝土细观力学模型， 对在高速列车运行条件下隧道中截面衬砌拱顶混凝土的力学特性进行了模拟计
算， 获得 了不 同时 问点 方 向应力 图和第一主应力 图 ， 研究 表 明： 高速铁路 隧道空气 动力学 效应对高速
铁路隧道衬砌的细观力 学特性 和耐久性有重要影响．
关键词 ： 高速铁路 ； 隧道衬砌 ； 细观力学特性 ； 耐久性
第３ ２卷 第４期
２１ ０ １年 ８月
大 连
交
通 大
学
学 报
Ｊ ＲＮＡＬ ＯＦ Ｄ Ｉ Ｊ ＡＯ ＯＮＧ Ｕ ＶＥ Ｉ Ｙ ＯＵ ＡＬ ＡＮ Ｉ Ｔ ＮＩ ＲＳ Ｔ
文章编号 ：６ ３ ９ ９ （０ １ ０ ． ０ ６ ０ １７ — ５０ ２ １ ）４ ０ １ —４
阻力增大 、 空气动力学噪声 、 乘客舒适性等一系列 问题 ＿． 当 高 速 列 车 急 驰 过 隧道 时 ， 会 在 隧 １每 ］ 就
图 １ 分 析 体 部 位 图 收 稿 日期 ：０ ０１ — ２ １—２１ ６
基金项 目 ： 国家 自然科学基金资助项 目（ １５０ ３ ； ５０ ０ ０ ） 辽宁省高校优 秀人 才基金资助项 目（０ ９ ０ ） ２ ０ Ｒ ７
时 也为 了更 准确 地 进 行 细 观分 析 ， 文选 取 了 隧 本 道 中 间截 面拱 顶 ６ 范 围的衬 砌 混 凝 土 ， 为 细观 。 作 力 学分 析研究 对 象 ， 分析对 象部 位如 图 １ ．
１ ２ 衬 砌材 料物 理参 数选 取 ．
从 细观 力学 的角 度 分 析 ， 凝 土 可 以看 作 是 混 由骨料 、 砂浆 和砂 浆 界 面层 及 初 始 孔 隙组 成 的不 均 质复 合材 料 ， 个 材料 的材 料属性 是 不相 同 的 ， 各 其 对于 分析 结果 也是 很重 要 的 Ｊ本 文选 取 的材 ．
根据铁路 隧道设 计规范 ， 本文选用单 线 圆形铁 路隧道 衬 砌 结 构 ， 几 何 参 数 如 下 ： 径 为 ４９０ 其 内 ０ ｉ 外径 为 ５ ０ ｍ， 厚 为 ５０ｍｌ选 取 隧道 ｎ ｍ， ０ｍ 衬砌 ４ ０ ｉ． １ 中间截 面作为分析 面 ， 并且为 了节省计 算资源 ， 同