高速列車車內(nèi)壓力波動特性研究.pdf

1、我國人口龐大，越來越多的人選擇鐵路出行，從而高速列車開行次數(shù)不斷增多，造成了明線上會車工況增加;且我國地域遼闊山丘地貌占據(jù)比例較大使得隧道里程不斷增長，因此列車單車過隧道以及隧道內(nèi)會車次數(shù)逐步攀升。高速列車在明線會車、單車過隧道以及隧道內(nèi)會車時的車內(nèi)壓力波動問題比較突出，并且伴隨著車速的提高以及線路條件的變化，人們對列車上車內(nèi)人員的壓力舒適性問題越來越關(guān)注。
　　鑒于目前的高速列車車內(nèi)壓力波動特性問題的研究現(xiàn)狀以及存在的問題，本文

2、提出兼顧效率與精度的高速列車內(nèi)外流場一三維耦合計算方法，開發(fā)了相關(guān)的耦合計算程序，運(yùn)用該程序計算了典型瞬態(tài)工況下的高速列車車內(nèi)壓力波動情況，并對車內(nèi)壓力波動成因、遲滯效應(yīng)、波動規(guī)律、舒適性、控制方法等開展了一系列的研究。
　　高速列車的內(nèi)外流場被分成兩個子系統(tǒng)，外流場系統(tǒng)的計算由三維流體計算方法完成，內(nèi)流場系統(tǒng)則由一維流體計算方法完成，運(yùn)用加入“多次修正法”的改進(jìn)型一三維耦合計算方法，實現(xiàn)對列車內(nèi)外流場系統(tǒng)的同步聯(lián)合求解。并使用計

3、算機(jī)語言構(gòu)建了一三維耦合計算程序，用于內(nèi)外流場的耦合數(shù)值模擬計算。
　　根據(jù)具體高速列車車型的通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及車體外形，建立了用于數(shù)值模擬計算的一維列車內(nèi)流場系統(tǒng)管網(wǎng)計算模型、三維列車外流場系統(tǒng)計算模型以及內(nèi)外流場耦合計算模型。對高速列車單車明線恒速行駛工況進(jìn)行了研究，其結(jié)果用于預(yù)測耦合變量的初始值;該類型工況下列車進(jìn)排風(fēng)口以及車內(nèi)的壓力值均為負(fù)值，并與車速的平方呈正比關(guān)系;列車進(jìn)排風(fēng)口的質(zhì)量流量總是維持平衡，與車速成線性關(guān)系，隨

4、著車速的增加呈現(xiàn)下降趨勢。通過對運(yùn)用耦合計算方法和分開計算方法分別求解列車不同速度單車明線恒速工況，得出耦合計算方法相對分開計算方法更有優(yōu)勢。
　　研究了高速列車內(nèi)流場系統(tǒng)邊界——進(jìn)排風(fēng)口的壓力在典型瞬態(tài)工況下產(chǎn)生波動的機(jī)理:明線交會時，研究車進(jìn)排風(fēng)口的壓力波動是由參考車的正負(fù)壓力區(qū)域通過所引起;過隧道情況下，隧道內(nèi)多個壓縮波、膨脹波的交替或疊加作用導(dǎo)致了進(jìn)排風(fēng)口的壓力波動。通過分析明確了進(jìn)排風(fēng)口質(zhì)量流量不平衡是車內(nèi)壓力波動形成的

5、誘因:迸排風(fēng)口壓力的變化引起了質(zhì)量流量的改變，致使存在質(zhì)量流量不平衡現(xiàn)象，車內(nèi)總質(zhì)量相應(yīng)的發(fā)生變化導(dǎo)致壓力波動形成。同時得到車內(nèi)壓力值與進(jìn)排風(fēng)口質(zhì)量流量差成線性關(guān)系;通風(fēng)管道的存在使得車內(nèi)壓力波動相對于進(jìn)排風(fēng)口具有一定的滯后性，遲滯時間決定于進(jìn)排風(fēng)口峰值時刻以及流速，流速越大則車內(nèi)的峰值響應(yīng)時間越短。
　　分析了高速列車在明線會車、單車過隧道、隧道內(nèi)會車這三種典型瞬態(tài)工況下，車速以及線路條件的改變對車內(nèi)壓力波動規(guī)律所產(chǎn)生的影響。高

6、速列車的車速會改變車內(nèi)壓力以及壓力變化率隨時間的變化趨勢;車內(nèi)壓力和壓力變化率的幅值與車速呈冪函數(shù)關(guān)系，車速增大則兩個幅值均變大;明線線間距的增大或隧道阻塞比的減小都會緩和車內(nèi)壓力波動的劇烈程度，車內(nèi)壓力和壓力變化率幅值與這兩個線路因素都呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)線間距足夠大或是隧道阻塞比足夠小時，列車類似單車明線恒速行駛，車內(nèi)壓力基本恒定。隧道長度的變化改變了壓力以及壓力變化率的時程曲線;“隧-車”長度比與壓力波動最大幅值呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，得出

7、了最短隧道模型長度為5倍的車長。
　　運(yùn)用現(xiàn)有的舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)，分析了滿足車內(nèi)壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)的列車運(yùn)行工況參數(shù)臨界點，用以評價其他工況下的車內(nèi)壓力舒適性;對比兩個標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)壓力變化率幅值的舒適性標(biāo)準(zhǔn)要比壓力幅值的舒適性標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。
　　空調(diào)單元的特殊結(jié)構(gòu)引起了其周圍區(qū)域“高正壓-高負(fù)壓-低負(fù)壓-高負(fù)壓-高正壓”這樣的壓力分布規(guī)律，將處于“低負(fù)壓”區(qū)域的兩個進(jìn)風(fēng)口優(yōu)化至“高正壓”區(qū)域時，車內(nèi)壓力波動情況都得到了一定的改善。通過建立