高速列车进入隧道产生压缩波的实验研究.pdfVIP

维普资讯 第24卷第6期 河 南 理 工 大 学 学 报 V01．24 No．6 2005年 12月 JOURNALOFHENANPOLYrECHNICUNIVERSITY Dec．2005 高速列车进入隧道产生压缩波的实验研究 骆建军 ，王梦恕 ，高 ，王英学2 (1．北京交通大学 隧道及地下工程试验研究中心。北京 100044；2．西南交通大学 土木学院，四川 成都 610031) 摘要：高速列车进出隧道时会产生一系列空气动力学效应，引起噪声厦车厢内压力的变化． 实验测试是研究这一问题的有效方~-aL--．利用高速列车空气动力学模型实验系统对高速列 车在进入隧道过程中瞬变压力的传播规律进行研究，并分析了列车速度以及阻塞比对测试结 果的影响，得出的结论对以后的研究具有一定的参考和借鉴． 关 键 词：高速列车；模型实验；空气动力学；隧道；瞬变压力；列车速度；阻塞比 中图分类号：U451．3 文献标识码：A 文章编号：1007—7332(2005)06—0415—06 0 引 言 高速列车进入隧道时，会带来一系列空气动力学问题．为了解决这些问题，各国都进行了大量研 究．其研究方法主要分为室内实验、数值模拟、现场实测法．实验研究是较为经济、可靠的方法，主 要有如下几种方法：水槽法．水槽法是在20世纪60年代中期在美国兴起的．在 1979年，Swar， denH]、Dayman[]和Vardy[]等人用1／100的模型，以空气为介质，研究改变隧道设施，缓解压力变 化．高品贤[4]等人利用水槽模拟高速列车，采用了实时检测技术，采用该模型对500km／h的列车进 行了模拟，得到的测试值与计算结果比较接近；小型列车模型法．小型列车模型法是英国的C．w Pope建造了1／25的小比例列车模型实验装置[引，该模型的速度达到55m／s，模型的质量为 10kg． 利用该模型，对短隧道中压力波的传播、隧道人口处压力的升高、隧道中交叉道路的影响等进行了模 拟，测试结果与实测数据非常吻合．与现场实验相比，该装置价格相对低廉，受外界气象条件影响 小，不受隧道及车头形状限制等优点，并可模拟多种复杂情况．但该设备还存在建造费用较昂贵，模 拟的速度不高等缺点．对于造价低、发射速度高的模型实验则是发射式列车模型实验．日本的小 尺 智6采用长30mm的铝管 (前部为半圆形)模拟列车，以橡胶弹弓方式发射，实验时的速度通常为 25m／s．利用该设备研究压力波及噪声，得到了较为满意的数据．在以后的改进模型中，OzawaS[7】 采用了压缩空气式列车模型发射装置，发射速度可达到100m／s以上，能够满足对高速列车进入隧道 产生一系列空气动力学问题的研究． 1 高速列车空气动力学分析系统 实验系统包括模型发射系统、数据和影像采集系统．其安装情况如图1所示．模型系统采用压缩 空气为动力，列车模型采用钢丝绳作为导轨，模型列车的速度可达到 100m／s，轮廓尺寸为40mmx 60mmx30mm，有效运行距离为20m。数据和影像采集系统对列车进入隧道的数据和影像进行记 录．数据采集系统记录列车进出隧道的压力、噪声参数，记录速度可达到 10000次／s．影像记录采 用高速摄影仪，最大摄影速度可达4500张／s． 2 试验装置的验证 在进行缩尺模型实验时，为了使测试数据具有可比性和有用性，必须根据相似定理来确定相似 收稿 日期：2005—11-08 基金项目：国家自然科学基金资助项 目 作者简介：骆建军 (1972·)，男。湖南汨罗人．在站博士后。主要从事隧道施工力学及隧道空气动力学方面的研究 E-mail：jj—luo@126．corn 维普资讯 416 河南理工大学学报(自然科学版) 2005年第24卷 比．在模拟隧道内气体流动时，最重要的2个参数是马赫数和雷诺数。只要模型列车与实际列车的速 度一致，就能保证马赫数一致；只要马赫数一致，模型实验就能很好地模拟