高速列车隧道的空气动力学效应及解决措施

由天下分享时间：2024/11/5 10:33:43 加入收藏我要投稿点赞

高速列车隧道的空气动力学效应及解决措施

【提要】：随着轨道交通的高速化，列车高速运行对人员和环境的影响越来越明显。本文主要针对高速列车通过隧道所产生的各类空气动力学问题，对国内外高速隧道的舒适度指标、阻塞比进行对比，分析各类空气动力学指标的取值情况，并详细论述了降低空气动力学效应影响的各类措施。【关键词】：高速列车隧道空气动力学Abstract:Inthewakeofhighspeedtendencyofrailtransit,highspeedtrainhasexertedmoreapparentimpactsonpersonnelandenvironment.Thispaperchieflyanalysesvariouscategoriesofaerodynamiccriteriasettingsupagainstcomfortnesscriteriaandblockrate,prevailingindomesticandforeignhighspeedrailwaytunnels,intermsofvariousaerodynamicproblemscausedbyhighspeedtrainpassthroughinthetunnel,aswellasgivesadetaileddiscussiononvariouscountermeasuresputagainstinfluencescausedbyreducedaerodynamiceffect.Keywords:highspeedtrain，tunnel，aerodynamics.1 高速列车隧道空气动力学效应

高速列车进入隧道后将隧道内原有的部分空气排开，由

于空气粘性和隧道内壁、列车外表面摩阻力的存在，被排开的空气不能象明线空气那样及时、顺畅地沿列车周侧形成绕流，列车前方的空气受到压缩，而列车尾部进入隧道后会形成一定的负压，因此产生了压力波动过程。这种压力波动以声速传播至隧道口，大部分发生反射，产生瞬变压力；而另一部分则形成向隧道外的脉冲状压力波辐射，即微气压波。这些都会对高速列车运营、人员舒适度和环境造成一系列影响：

（1）高速列车经过隧道时，瞬变压力造成旅客和乘务人员耳膜明显不适、舒适度降低；

（2）高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，使隧道口附近建筑物门窗发生振动，产生扰民的环境问题；

（3）行车阻力增大，从而使运营能耗增大；

（4）形成空气动力学噪声；

（5）列车克服阻力所作的功转化为热量，在隧道中积聚引起温度升高等。2 空气动力学指标

2.1 舒适度标准

高速列车在隧道中运行时的舒适度与高速列车通过隧道时产生的压力变化有关,其压力变化值与列车速度的平方成正比，列车速度越高、压力变化值就越大。当压力变化值达到一定的强度，列车外部的压力波传播到列车内部，瞬变压力传到人体时,会对耳膜产生影响，使乘客有不舒适的感觉。因此需要根据压力的变化值和人体对压力变化值的适应性制定出衡量舒适程度的标准，即舒适度。评估压力波动程度一般需考虑最大压力变化值和最大压力变化率两个参数。经研究发现，这两种指标单独使用都不能合理地反应乘客舒适度。因此目前较通用的评估参数是相应于某一指定短时间内的压力变化值，例如3s内最大压力变化值或4s内最大压力变化值。所谓3s或4s大致相当于完成耳腔压力调节所需的时间。

下面简要介绍几个建有高速铁路国家的舒适度标准。

2.1.1 日本高速铁路舒适度标准

日本是目前世界上高速铁路最发达的国家，由于其国土狭小多山，因此高速干线上隧道也较多，但隧道断面较小，

阻塞比较高。日本铁路当局对其在新干线上运行的高速列车通过隧道时的舒适度标准定为

最大压力变化绝对值＝1000Pa（适用于密闭车辆），最大压力变化频率＝200Pa/s

近年来日本铁路当局出于经济角度考虑，将这一标准放宽到

最大压力变化频率＝300Pa/s

2.1.2 英国铁路舒适度标准

英国西海岸电气化高速铁路沿线地区隧道少，且长度多为中、短隧道，但隧道的断面积较小，高速列车通过时引起的压力瞬变相当强烈。1973年英国当局将舒适度标准定为

最大压力变化值＝3000Pa/3s

1986年英国铁路当局为城市间的运输又将舒适度标准修改为

最大压力变化值＝4000Pa/4s