高速铁路空气动力学效应对隧道内附属设施的影响

论文摘要

随着世界各国高速铁路的飞速发展,我国高速铁路建设正进入一个黄金发展时期,京津城际客运专线,胶济客运专线,武广客运专线等相继投入运营。由于我国山岭众多及高速铁路的平顺性要求,不可避免的会修建大量的隧道,高速列车在隧道内运行时的空气动力学效应问题随之而来,尤其是对隧道附属设施而言,开展其安全性分析显得尤为重要。本文依据国家自然科学基金项目——高速铁路隧道内接触网系统气-固耦合振动机理及风致疲劳实验研究和铁道部科技开发项目——高速铁路空气动力学效应对隧道附属设施有关技术标准的研究,采用数值计算方法,对列车运行时隧道内的压力变化,列车风速度分布及隧道内附属设施的安全性进行了分析,主要完成了以下几个方面的工作：（1）通过广泛文献调研,分析目前高速铁路动隧道空气动力学效应研究中存在的问题,确定合理的计算方法及计算软件。（2）针对我国高速铁路隧道尺寸及列车实际情况建立三维数值模型,探讨不同工况下列车运行时隧道内压力分布特征及列车风冲击特性,对隧道内不同位置的压力峰值、列车风速度峰值进行研究,得出了不同工况下隧道内的最大冲击压力。（3）与已有研究规律及理论公式进行对比,论证了数值计算结果的可靠性。（4）根据数值计算结果,按照我国现行的修建技术标准,对隧道内附属设施进行安全性分析,着重研究了隧道内接触网及水沟盖板的受力情况及其稳定性,以此指导日后高速铁路隧道内附属设施的设计施工。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高速铁路隧道空气动力学效应的研究方法
• 1.2.2 高速铁路空气动力学问题
• 1.2.3 空气动力学效应对隧道内附属设施影响的研究现状
• 1.3 我国高速铁路隧道及附属设施的基本概况
• 1.3.1 高速铁路隧道的基本概况
• 1.3.2 高速铁路隧道附属设施的基本概况
• 1.4 本文的主要研究内容与实施方案
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 具体实施方案
• 第二章 数值模拟计算理论与方法
• 2.1 数值计算的基本理论
• 2.1.1 可压缩流控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 常用的数值计算方法
• 2.1.4 求解过程
• 2.2 边界条件
• 2.3 滑移网格技术
• 2.4 计算模型
• 2.4.1 计算模型设置及网格划分
• 2.4.2 计算区域的划分
• 2.4.3 各工况模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 隧道内压力特征及列车风冲击特性分析
• 3.1 概述
• 3.2 单线隧道内压力变化过程分析
• 3.2.1 计算模型
• 3.2.2 隧道内压力分析点布置
• 3.2.3 单线隧道内压力变化过程
• 3.2.4 单线隧道内正负压分布特性及最大压差分布
• 3.3 单线隧道内列车风速度的分布特性
• 3.3.1 列车运行时隧道内空气流动过程分析
• 3.3.2 隧道横断面内列车风速度分布特性
• 3.3.3 隧道内纵向列车风变化规律
• 3.4 会车情况下隧道内压力变化过程分析
• 3.4.1 计算模型
• 3.4.2 隧道内分析点布置
• 3.4.3 会车情况下隧道内压力变化规律
• 3.4.4 会车情况下隧道内正负压分布特性及最大压差分布
• 3.5 会车情况下隧道内列车风速度的分布特性
• 3.5.1 隧道内横断面内列车风速度分布特性
• 3.5.2 隧道内纵向列车风变化规律
• 3.6 隧道内列车风速度峰值及动压力峰值分析
• 3.6.1 不同工况下隧道内各分析点的最大风速
• 3.6.2 不同工况下隧道内各分析点的最大动压力
• 3.6.3 不同工况下距离列车不同位置处列车风速及动压极值分析
• 3.7 计算结果可靠性分析
• 3.7.1 隧道内部固定点压力变化规律的可靠性分析
• 3.7.2 压缩波峰值的可靠性分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 列车运行时隧道内附属设施安全性分析
• 4.1 接触网悬挂件在列车风作用下的安全性分析
• 4.1.1 作用于接触网悬挂件的空气冲击力
• 4.1.2 接触网悬挂件的安全性分析
• 4.2 水沟盖板在空气冲击波作用下的稳定性分析
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 水沟内外的密封指数分析
• 4.2.3 水沟顶部盖板的稳定性分析
• 4.3 其它附属设施在空气冲击波作用下的安全性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 主要结论及展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 存在的不足及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况