高速地铁隧道区间风井扩大段压力突变机理试验研究

针对高速地铁列车通过隧道区间风井扩大段时引起的乘客耳感不适，依托某带隧道风井的地铁线路区间及设计时速120 km的8车编组地铁列车，以ATO运行模式开展实车试验；在确保试验可重复性的基础上，探究列车站间运行时各车厢内外压力变化规律，分析区间风井扩大段引起车内外压力突变的原因。结果表明：车头和车尾先后高速通过风井段时，相当于经历了隧道断面面积先扩大再缩小的变化过程，会形成类似于车头和车尾驶出和进入隧道洞口的物理现象，车头、车尾通过区间风井扩大段会导致车外压力的上升、下降，此时产生的压力突变是导致耳感不适的主要原因；尾车至头车的车外压力正峰值和负峰值全程呈上升趋势，头车和尾车压力变化峰峰值接近，分别为1 617和1 723 Pa,5车压力变化峰峰值最小，为964 Pa；列车通过区间风井扩大段时，车内压力变化幅值受运行速度的影响较大，速度为113 km·h^-1时，任意3和1 s内的车内压力变化幅值均超过相应标准中的耳感舒适性要求。     

运行中地铁列车的车内外压力变化特性研究

通过对我国某型地铁列车进行隧道空气动力学实车线路试验,得到地铁列车实际运行过程中车内、外压力变化规律。试验结果表明:该型地铁列车车内压力变化满足我国地铁设计规范舒适度评价标准及美国地铁人体舒适度评价标准。地铁列车运行过程中,最长隧道区间的车内、外压力变化幅值明显大于其它隧道;列车以不同速度和模式运行中,车内1.0 s、1.7 s、3.0 s时的压力变化幅值和车外各测点压力变化幅值均不相同,车体表面测点压力变化由车头至车尾方向呈逐渐减小的趋势。     

80 km/h B 型地铁列车隧道内运行 空气动力学试验研究

为探明 80 km/h B 型地铁列车在隧道内运行时空气动力学效应,采用实车试验方法,在南宁某隧道直径为 5.4 m 的全地下线路开展空气动力学测试,分析列车在隧道内运行时,车内外气压波动情况以及车内耳压舒适度 情况。研究结果表明：列车以 80 km/h 速度通过隧道内中间风井位置时,车内外压力波动剧烈,车外与车内测点 峰峰值分别为 1 452 Pa 与 923.4 Pa;列车在车内外压力波动剧烈时,车外各测点压力差异大,车内各测点压力差异 小,车外各测点峰峰值的均方差值为车内各测点峰峰值的均方差值的 9.6 倍;列车在非风井区间运行时耳压舒适 度良好,而在风井区间运行时有造成乘客耳压不舒适的风险。研究结果可为 80 km/h 速度等级地铁列车耳压舒适 度的评估和改善提供参考。     

地铁车辆通过隧道时车内外压力波动特性研究

地铁车辆通过隧道时引起的车内外压力波动会对司乘人员造成不适感或危害。文章通过线路试验方法研究了地铁车辆通过隧道时车外压力和车内压力的波动特性,分析隧道截面及车速变化对车内外压力的影响。试验结果表明:隧道截面变化会导致车内压力与车外压力的波动,且车辆通过通风井时会产生明显的压力波动;司机室头车两侧侧窗车外压力变化趋势相同,司机室车内压力幅值大于客室压力幅值;列车分别以80 km/h与90 km/h运行时,90 km/h速度下的车外压力幅值与车内压力幅值均大于80 km/h相对应的数值,且均发生在列车进入隧道时,隧道截面变化时与通过通风井时。     

高速列车通过高海拔大坡度隧道车内外压力波特性

为研究高速列车通过高海拔、大坡度和特长隧道下压力波的特性，基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法模拟列车通过隧道时的车外压力，采用时间常数法计算车内压力；分别利用国外数值模拟结果和国内西成高铁实车试验数据，验证方法的合理性和准确性；以速度200 km·h-1的单列8编组高速列车为研究对象，分析列车通过4种海拔、5种坡度和4种长度组成的不同隧道时，车内外压力波动和最值的变化规律。结果表明：隧道内初始压力是影响车内外压力幅值的根本原因；车内外最大正、负压均随隧道海拔的升高而线性减小，随隧道坡度和长度的增加而线性增大；与下坡相比，列车上坡运行时车内的压力舒适性更为恶劣、气密性要求更高；列车上、下坡通过坡度30‰、进口端海拔4 500 m、长42 km隧道时，车外最大正、负压分别为9.85和-9.63 kPa，列车动态气密时间常数不应小于1 713 s。     

地铁中间风井前变速运行对乘客舒适性影响

地铁高速通过隧道中间风井,列车车体内外都会产生较强的压力波动,严重时会影响司乘人员舒适性.采用数值计算方法对地铁列车变速通过中间风井的气动效应进行数值模拟,研究不同参数对车体表面压力分布规律,并以车内压力变化率和3 s内压力变化评价标准评估车内乘客舒适性.研究结果表明:距离中间风井100 m处变速车体表面测点压力峰峰值均大于变速位置为200 m和300 m时对应的测点压力峰峰值,分别大4.68％和6.46％.将车速120 km/h降为100 km/h,变速位置为300 m时分别比变速位置为100 m和200 m时车内压力变化少10.72％和5.07％.列车在中间风井前200 m以上减速至100 km/h以下,能明显缓解通过风井时车内压力变化,满足车内乘员舒适性要求.     

时速120 km地铁列车气密性设计与试验

以某时速为120 km速度等级的地铁列车为研究对象，基于密封指数及静态和动态密封指数的定义，采用仿真分析和实验室试验的方法并结合相关标准指标要求，对整车进行气密性设计与试制；通过现场空气动力学试验，对整车全线运行及通过短桥隧和人防门时的车内外压力变化情况及车内压力舒适度和动态密封指数进行分析。结果表明：车体和车门对整车静态气密性影响比例之和为90%以上，设计试制时须重点关注车体和车门的密封性能；列车全线运行时压力变化剧烈位置为短桥隧和人防门2处变截面位置，列车通过时头车车内的3 s内压力变化幅值较车外减小43%～67%，列车具有良好的气密性；列车全线运行时车内压力舒适度满足行业相关标准要求，但列车通过人防门时动态密封指数不满足行业相关标准要求，这与该处人防门设计的合理性和相关标准对地铁列车动态密封指数要求的合理性有很大的关系。     

不同运行方式对高速地铁气动效应的影响

为了研究时速140km/h高速地铁列车以不同运行方式在隧道中运行时的气动效应,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法,对地铁列车由明线驶入隧道及站间运行时产生的气动效应进行数值模拟,分析不同运行方式对高速地铁隧道气动效应的影响。研究结果表明:列车站间运行时,车体表面测点压力峰峰值沿车长方向基本不变;而列车由明线驶入隧道时,车体表面测点压力峰峰值从头车向尾车逐渐降低。2种运行方式下的隧道壁面测点压力峰峰值均在中间风井处达到最小值。并且列车由明线驶入隧道时的最大车体表面和隧道壁面压力峰峰值分别为列车站间运行时的1.37倍与1.49倍。不同列车密封指数下,列车由明线驶入隧道时的车内压力变化均大于列车站间运行时的车内压力变化。因此,地铁列车由明线驶入隧道时的空气动力学效应比站间运行时更加不利。     

地铁列车通过隧道时的气动性能研究

列车通过隧道时引起的空气动力效应会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响。基于列车空气动力学理论,采用计算流体力学软件FLUENT对某型号地铁车辆通过最不利长度隧道时的空气动力学性能进行数值模拟,得到并分析了地铁列车和隧道壁面监测点的压力时程曲线和分布特征。研究表明:车体表面压力峰峰值、3 s内车内压力波动最大值及隧道内附属物压力峰峰值,与列车速度的平方近似成线性关系;隧道断面净空面积越小,车体承受的压力越大;地铁列车通过隧道时需限速,以达到人体舒适性评价标准。     

高原动车组主动压力保护技术分析研究

列车驶入隧道时会产生剧烈的压力波动，对车内人员的耳感舒适性有重要影响。在高海拔、大坡度环境下，车内外压力变化还要叠加海拔变化的影响，车内人员的耳感不适性问题将更加复杂。文章采用一维可压缩非定常不等熵流动模型黎曼变量特征线法和考虑连续换气风机工作的车内压力计算方法，分别在隧道单列车通过和中央等速交会情景下进行了车内外压力变化特征研究，并基于国内高速列车主动压力保护技术，对比了采用高静压风机和低静压风机的车内压力保护效果，最后结合UIC标准和国内民航舒适性标准限值进行了车内压力舒适性评价。研究表明，高静压风机对车内压力瞬变的抑制作用明显优于低静压风机，低静压风机车内每1 s、3 s和10 s内最大压力变化量分别高于高静压风机约100%～600%,且350 km/h速度等级列车的高静压风机对车内压力抑制作用略优于250 km/h速度等级列车。     

加减速时地铁列车隧道气动性能研究

采用三维、可压缩、非定常N-S方程的数值计算方法,研究A型地铁列车在隧道内加减速时车体表面压力变化和车内压力变化,分析隧道净空面积与密封指数的关系,并采用动模型实验验证数值计算准确性。研究结果表明:列车在隧道内运行时,随着阻塞比的减小,测点压力幅值随之减小,主要体现在对正峰值的影响,压力变化规律基本一致;阻塞比越小,列车表面压力幅值随列车长度方向的变化趋势越平缓;列车以匀速、减速和加速3种方式运行,隧道断面为22 m2时,根据美国标准列车气密性需分别大于6,3和6 s,根据国内标准需分别大于10,6和10 s;隧道净空面积小于35 m2时,根据美国标准列车气密性需分别大于2,0.7和1.5 s,根据国内标准需分别大于3,0.4和1.5 s。     

CRH2动车组新风换气装置对车内压力波动影响试验研究

采用实车试验方法对CRH2动车组通过隧道时新风换气装置影响车内压力波动的规律进行研究,研究结果表明:新风风机开启能够明显降低车内气压变化,列车通过二岩隧道时车内压力变化幅值关闭状态比开启状态大43％,车内3 s空气压力变化率关闭状态比开启状态大52％,车内1 s空气压力变化率关闭状态比开启状态大43％;风机处于开启状态...     

西安地铁2号线永宁门区段列车运行振动对其上部文物影响实测分析

在西安地铁2号线永宁门区段进行振动监测。通过振动实测结果,分析地铁列车单独运行时在不同运行速度工况下的地铁隧道、永宁门城墙、永宁门城楼的振动响应。结果表明:与普通轨道相比,钢弹簧浮置板道床的隧道壁水平向振动加速度幅值能减小45.1%,隧道壁垂直向振动加速度幅值能减小29.2%;永宁门城墙水平向、垂直向最大振动速度均为0.035 mm/s,永宁门城楼水平向、垂直向最大振动速度分别为0.083 mm/s和0.047 mm/s,均满足相关标准限值和国家文物局的建议值要求;地铁列车运行速度变化对其上部文物振动速度有一定的影响,但影响较小。     

北京新机场线列车气动声学特征仿真分析

采用大涡模拟和FW-H方法,对1:8缩比8车编组北京轨道交通新机场线列车气动声学特征进行模拟研究。列车模型按照实际列车缩比而成,包含转向架、风挡和受电弓等复杂结构。列车运行速度分别为140,160,220和250km/h。研究分析速度场、涡量场、压力脉动场和辐射声场等。研究结果表明:偶极子声源强度主要分布在尾车、头车流线型车底、第1个转向架、空调机组和受电弓区域;不同测点声压级随着频率的增加,总体呈现为先上升后下降的趋势,在400～700Hz频率左右时测点声压级达到峰值;监测点的总声压级在头车流线型附近较大,在尾车及其下游,总声压级逐渐减小。     

高速列车司机室空调进排风口空气压力试验研究

为给高速列车司机室空调机组冷凝风机设计提供依据,文章对“中华之星”号高速列车动力车司机室空调机组进、排风口位置空气压力进行了实车测量,并对测试结果进行了分析。结果表明:随列车运行速度增加,进、排风口压差减小,且动力车作为尾车时进、排风口压差减小程度大于作为头车时的减小程度。     

地铁列车内空气循环状态对客室压力及开关门过程影响的试验研究

为研究地铁列车内空气循环状态对客室压力变化及列车开关门过程的影响，搭建了车内外压力测试系统，开展了库内静态及线路动态压力测试，针对空气温度控制内外循环、恒温空气内外循环及开关门动作等过程的客室内压力变化特点进行了试验对比研究。研究结果表明：空气降温内循环过程车内压力变化显著，快速降温过程将导致在进站开门时形成开门阻力；车门关闭过程中，由于气阻效应和新风系统的作用，车内压力升高，形成关门阻力；列车气密性和隔热性能越好，客室内温度变化过程越接近绝热过程，温度变化导致的压力变化就越显著；调控空气循环过程，限制空气制冷循环强度，能够有效抑制由此引起的车内压力变化和降低关门气阻。文章为解决因列车内空气循环过程而导致的车门开闭异常及舒适性下降提供了试验依据，并提供了有效优化方案。     

高速列车在隧道内和明线上交会时气动性能对比分析

建立了高速列车在隧道内和明线上交会的数值计算模型。利用有限体积法求解三维、可压、非定常N-S方程和k-ε两方程湍流模型,通过滑移网格技术实现列车的相对运动。分析了列车在隧道内和明线上以350 km/h等速交会过程中车体表面压力、气动荷载的变化规律。研究发现:列车在隧道内交会时,其车体表面压力比在明线上交会时约增加6 kPa,且车体表面压力的波动幅值是明线上交会时的2倍;交错车体表面的负压值比未交错表面的负压值大1.5kPa;气动力(矩)比在明线上交会时略小;头车、尾车气动阻力的变化规律与单车过隧道时相似,但阻力的变化峰值约是单车过隧道时的2.5倍。     

市域列车与隧道耦合气动效应数值模拟分析

为研究市域列车通过隧道的气动载荷变化规律，利用三维、瞬态可压缩的标准k-ε湍流模型计算了4节编组市域列车通过3种不同断面隧道时的气动效应，并分析了车体表面、隧道壁面及紧急疏散平台的压力时程变化。结果表明：(1)隧道A情况下的列车表面压力峰值为2 600 Pa,隧道壁面压力峰峰值为4 100 Pa;隧道B情况下的列车表面压力峰峰值为2 000 Pa,隧道壁面压力峰峰值为3 300 Pa;隧道C情况下的列车表面压力峰峰值为3 700 Pa,隧道壁面压力峰峰值为5 500 Pa; 3种不同断面各隧道条件下，紧急疏散平台处压力变化规律与隧道壁面压力变化规律基本一致。由此可见，隧道阻塞比越大，隧道内压力波变化越剧烈。(2)隧道A测点x(线路纵向)方向气流速度变化峰值为17 m/s,隧道B测点x方向气流速度变化峰值为32 m/s,隧道C内疏散平台测点x方向上的气流速度变化幅值最大，约为40 m/s,隧道A、B、C内疏散平台测点在y(线路横向)和z(线路竖向)方向上的速度变化不大。     

高速动车组被动式压力保护系统舒适性测试与优化

针对“复兴号”动车组在经过部分隧道多、海拔落差大的路线时出现乘客耳鸣及车体变形等问题，对西成线在线运营的“复兴号”动车组进行了实车跟踪测试，测试结果与理论分析结果一致，即当高速列车连续穿越海拔变化的隧道群时，为了保证车内压力处于相对稳定状态，压力保护阀长时间处于关闭状态。当列车驶出隧道后，因海拔高度和连续隧道的综合影响，车厢内外压差较大，若此时压力保护阀强制开启，列车内外压力在短时间内会迅速达到平衡，从而导致车内压力变化剧烈。文章采用数据分析的方法对被动式压力保护系统的开闭阀、强制开阀逻辑进行了优化，并通过增加泄压模式来降低车内外压差。经测试，优化后的车内1 s、3 s、10 s和60 s的最大压力变化率分别降低了68%、80%、83%和59%,远低于车内压力控制标准，人体感受较好，提高了乘客的乘坐舒适性和列车的运行安全性。     

基于流固耦合的隧道压力下车体变形对车内压力的影响分析

当高速列车通过隧道时,隧道压力波通过车体变形、密封缝隙和换气风道引起车内压力变化,造成乘客不适。为探明由车体结构变形这单一因素引起的车内压力波动情况,构建了完全密封的车体结构和车厢结构模型,基于STAR-CCM+/Co-Simulations模块,仿真计算了高速列车以350 km/h的速度通过隧道时车体结构的振动位移情况、车内压力变化和车内压力变化率,并与气体状态方程理论数值模拟计算对比。结果表明,车门的振动位移最大;基于流固耦合理论和理想气体状态方程的2种数值模拟方法的结果误差为16.8%,相互验证了计算结果的可靠性;车内压力与车体内的容积成反比,车内最大负压为195.3 Pa,车内压力3 s变化率小于203.1 Pa/(3 s),车内压力1 s变化率小于149.6 Pa/s,满足舒适性要求,为建立多因素耦合作用下的车体模型研究提供帮助。