高速铁路隧道气动效应计算辅助分析软件开发及应用.pdfVIP

第65卷第4期铁道建筑Vol.65No.4

2025年4月RailwayEngineeringApril2025

文章编号：1003‑1995（2025）04‑0111‑06

高速铁路隧道气动效应计算辅助分析软件开发及应用

方雨菲

中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，北京100081

摘要高速铁路隧道气动效应会随着列车运行速度的提高而显著增强。针对隧道气动效应仿真分

析软件建模、测点布置、参数设置过程繁琐，流程化提取计算结果困难等问题，本文对气动效应计算参

数设置及计算流程进行了封装，基于计算流体力学软件二次开发了高速铁路隧道气动效应计算辅助分

析软件。该软件具有操作简便、可视化、参数化等特点，实现了数值计算结果自动提取和分析，还可自

动输出列车在隧道内行驶和交会时引起的隧道内外及列车表面不同测点的气动载荷、隧道洞口微气压

波等数据。将软件计算结果与实车测试结果进行了对比分析，相对误差为5.66%，说明软件计算结果可

2

信度高。经计算，当隧道净空面积为100m，列车分别以时速400、440、450km在隧道中心交会时，隧道

附属设施表面气动荷载正峰值分别为6.16、8.27、8.83kPa，负峰值分别为-10.21、-12.81、-13.60kPa，峰

峰值分别为16.37、21.08、22.43kPa。

关键词隧道；高速铁路；空气动力学；数值计算；软件研发；气动荷载

中图分类号U459.1；TU375.4文献标识码ADOI：10.3969/j.issn.1003‑1995.2025.04.18

引用格式：方雨菲.高速铁路隧道气动效应计算辅助分析软件开发及应用［J］.铁道建筑，2025，65（4）：

111‑116.

随着高速铁路运营速度不断提升，相关空气动力气压波的影响因素及微气压波随这些因素的变化情

学问题日益突出，如行车阻力增大、隧道附属设施表况进行系统研究，总结了洞口微气压波随车速、车型、

面气动荷载增加、旅客舒适度降低、隧道洞口微气压隧道长度及空间立体角的变化规律。文献［7］通过仿

波增强等。国内外研究人员针对隧道气动效应开展真分析研究了多种缓冲结构对隧道微气压波的缓解

了大量研究。文献［1］基于一维流动理论提出初始压效果，优化了缓冲结构形式及相关参数。文献［8］对

缩波的经验公式，该公式能够较为准确地计算出初始等截面圆形缓冲结构表面开设单间缝式和双间缝式

压缩波强度。文献［2］建立基于势流理论的初始压缩开孔下的气动特性进行了研究。

波解析方法，并研究了列车头部形状和隧道入口缓冲隧道空气动力学主要的研究方法为实车试验、模

结构对初始压缩波压力时间梯度和微气压波强度的型试验及仿真分析，主要研究内容为隧道内压缩波、

影响，揭示了开孔缓冲结构的气动原理。文献［3］采洞口微气压波及隧道气动效应的相关缓解措施。考

用二阶轴对称TVD格式数值模拟对微气压波特性进虑到实车试验成本较高，且试验速度有限，而模型试

行了研究。文献［4］采用三维雷诺平均N‑S（Navier‑验存在尺寸效应，因此仿真分析是研究高速铁路隧道

Stokesequations）方程对列车进入隧道和在隧道中运行空气动力学的有效手段。然而，通用流体力学仿真软

时的空气流动情况进行了模拟分析。文献［5］分析了件在计算不同工况时需要重复设置参数、布置测点、

在隧道两侧入口分别设置截面扩大型缓冲结构对新提取分析结果，导致分析效率不高。本文基于计算流

干线列车引起的微气