隧道长度对高速列车车内外气压特性影响

中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心 / 林松 王宗昌 单修洋 中南大学轨道交通安全教育部重点实验室 / 熊小慧

引言

列车高速通过隧道产生的压缩波和膨胀波以接近声速在隧道内不断传播、反射和叠加，速度越高，压力波动越剧烈。压力波动传送至车厢内部，使车内气压发生变化，当该压力波动值超过一定限度时，会对乘客舒适性造成不利影响。Nam等通过现场试验，发现隧道长度与隧道内压力波动呈非单调关系；陈厚嫦等通过实车试验研究时速350km列车通过不同长度隧道时的气动效应发现隧道长度小于3000m时，车内外压力变化峰值随隧道长度的增加而增加。

目前，国内外专家针对列车通过隧道时引起的气压波动做了很多研究工作，但缺少针对400km/h下隧道长度对列车气压特性影响的系统研究。本文采用数值仿真计算方法重点研究了列车以400km/h单车通过隧道过程中，隧道长度等对车体内外气压特性的影响规律，分析了车内气压波动对司乘人员人耳舒适性的影响，为高速列车舒适度研究提供技术支撑。

1 数值模拟

1.1 数学模型和计算方法

计算选取的列车速度分别为380km/h，400km/h和420km/h，马赫数均大于0.3，采用高雷诺数湍流模型数值求解列车外部三维非定常湍流流动。

1.2 计算工况、网格及测点布置

根据BS EN 14067-5，列车380km/h，400km/h和420km/h速度对应的最不利隧道长度分别为689m、630m和578m，同时结合800m、1000m、2000m、3000m、4000m、5000m、6000m等不同长度隧道工况进行计算，并用动模型进行验证。

2 试验验证

选取κ-ε-standard、κ-ε-rng、κ-ω- standard、κ-ωsst四种湍流模型，采用100m2双线隧道，按1：20模型以速度400km/h分别进行数值模拟。……