列车空气动力学问题(2)

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7. 气动噪音问题
• 无论是列车内部还是列车外部，噪音都是高速列 车必须考虑的重要环境问题。列车低速运行时主 要是机械噪音，高速运行时气动噪音占主导；
• 列车驶进或驶出隧道时会产生噪音（由于压缩波 和膨胀波引起）；
• 列车驶过路旁建筑物或其他列车时会引起噪音 （由气体压力脉冲引起）；
4. 列车过隧道的气动效应问题
• 列车通过隧道时引起的空气动力学问题体现在两方面
1. 列车运行气动阻力增加
由于隧道中列车周围气流运动受到更多阻碍，车体的压差阻 力和摩擦阻力均有较大上升。
2. 隧道出入口产生压力波并以声速来回传递
车头进入隧道时会产生一个压缩波，以声速向隧道出口传递， 并在出口处产生一个膨胀波，并以声速向反方向传递；当车尾 进入隧道入口时会产生一个膨胀波，以声速向隧道出口方向传 递，膨胀波在隧道出口处产生一压缩波并向反方向传递。因此 压力波的运动使得隧道内空气流动状况非常复杂。
线间距越大，线路占用土地越多，线路造价越昂贵) • 列车速度（绝对速度和相对速度）； • 环境风速和风向。
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6. 列车与路旁建筑、设备和人员间气动效应问题
• 列车高速通过时对路旁建筑、设备和人员造成两个 方面的气动作用：
1. 列车诱导滑流引起的列车风（速度较大）
列车风的速度与列车运行速度大致呈线性规律变化，与设 备（人员）距列车距离大致呈二次方函数规律变化。
2. 与会车时类似的气体压力脉冲冲击
气体压力脉冲冲击对设备或建筑物玻璃可能造成破坏，对 路边人员带来安全隐患或身体不适（耳膜不能承受过大过 快的压力脉动冲击）。
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车头通过时列车风最大风速随距离变化
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列车风作用力方向变化
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1. 实车测量方法
• 惯性溜车测量列车阻力 • 列车通过时附近气流速度测量 • 测量车体表面压力变化 • 测量列车通过时路边设施（人员）所受气动力 • 空调客车内部流场速度、温度测量 • 气动噪声的车内、车外测量
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惯性溜车测量列车阻力
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隧道压力波带来的问题及其影响因素
• 带来的问题
1. 给乘客带来不适。一般认为普通人可容忍的压力变化范围 是4~10秒内变化1~4kPa,压力波脉冲有可能超过此限值； 2.压力波对车辆本身冲击，对车体结构强度刚度要求更高。
• 影响隧道压力波的因素
1.隧道的长度（短隧道影响大）； 2.隧道出、入口的形状（有无缓冲结构）； 3.通风竖井存在与否； 4.车头和车尾的形状（变截面段的长度）； 5.车辆的整体密封性。
• 压力脉冲的绝对值约为车速的二次方函数，同时也 是车头车尾形状的函数；
• 压力脉冲对车体侧墙特别是侧窗玻璃有较大的破坏 作用，广深线曾发生大面积侧窗玻璃破损事故；
• 隧道内的会车导致更为复杂的气流脉动。
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影响会车压力脉冲的因素
• 车头车尾形状（特别是车头尾变截面长度）； • 线间距(线间距越大，会车压力脉冲的影响越弱。但
• 列车速度达到300km/h以上时气动噪音会变得非常 严重；
• 气动噪音的强度随车速的6次方函数增加。
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影响列车气动噪音的因素
• 列车外部形状（车头车尾，横截面，下部结构） • 列车表面光洁程度（门把手，车辆连接部位，车
门，车窗，转向架，头灯等突起或凹进部位）； • 受电弓结构形式； • 车体密封隔音材料； • 线路路基状况； • 会车线间距； • 隧道截面积及洞口形状； • 线路隔音降噪设施。
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8. 车辆内流问题
• 空调客车内流场问题
使空调客车内部气流速度分布比较均匀且流速较小 （小于0.35m/s)，温度分布均匀，压力分布均匀。
• 内燃动力车内流场问题
保证内燃机所需的进气量和内燃机的冷却（进气口 不能在车头表面负压区域）。
• 电力机车内流场问题
保证电力机车内部发热设备的散热。
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5. 会车时的气动效应问题
• 两列车交会时每列车的车头车尾都会在对方列车上产 生压力脉冲。德国ICE列车压力实测结果如下图。
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会车时的气动效应问题
• 压力脉动的正偏移量与负偏移量通常是不相等的， 负偏移量通常大于正偏移量；
• 车速高列车作用在车速低列车上的压力脉动值大于 车速低列车作用在车速高列车上的压力脉动值；
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硬座空调车内流场温度分布
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软卧包厢内流场温度分布
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硬卧空调车内流场温度分布
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二、列车空气动力学问题的研究方法
• 实车实验（实测）方法 • 模型风洞或水洞（水槽）实验方法 • 计算分析方法
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气动阻力增加带来的问题及其影响因素
• 气动阻力增加将使得列车牵引动力的更大部分用 于克服其作用力。
• 影响隧道内运行列车气动阻力的因素有：
1.阻塞比（列车迎风面积与隧道断面积之比）； 2.隧道和列车的长度； 3.车头和车尾的形状； 4.通风竖井是否存在； 5.隧道壁面的粗糙度； 6.列车表面的粗糙度； 7.隧道横向连接结构及内部结构。
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列车风作用力方向变化
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列车风作用在人体上的作用力变化
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列车风对路边设备人员作用的影响因素
• 车头车尾形状（特别是车头尾变截面长度）； • 房屋、设备的形状，人体的朝向； • 列车运行速度； • 与列车侧壁间距离。
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压力波的产生பைடு நூலகம்程示意
列车进入隧道时产生压缩波
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在隧道出口处形成膨胀波
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列车通过隧道时压力波变化
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列车通过时隧道内压力变化
列车进入隧道的压力升高测量值
列车通过时隧道内瞬态压力变化
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