高速列車(chē)車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)特性研究.pdf

1、我國(guó)人口龐大，越來(lái)越多的人選擇鐵路出行，從而高速列車(chē)開(kāi)行次數(shù)不斷增多，造成了明線上會(huì)車(chē)工況增加;且我國(guó)地域遼闊山丘地貌占據(jù)比例較大使得隧道里程不斷增長(zhǎng)，因此列車(chē)單車(chē)過(guò)隧道以及隧道內(nèi)會(huì)車(chē)次數(shù)逐步攀升。高速列車(chē)在明線會(huì)車(chē)、單車(chē)過(guò)隧道以及隧道內(nèi)會(huì)車(chē)時(shí)的車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)問(wèn)題比較突出，并且伴隨著車(chē)速的提高以及線路條件的變化，人們對(duì)列車(chē)上車(chē)內(nèi)人員的壓力舒適性問(wèn)題越來(lái)越關(guān)注。
　　鑒于目前的高速列車(chē)車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)特性問(wèn)題的研究現(xiàn)狀以及存在的問(wèn)題，本文

2、提出兼顧效率與精度的高速列車(chē)內(nèi)外流場(chǎng)一三維耦合計(jì)算方法，開(kāi)發(fā)了相關(guān)的耦合計(jì)算程序，運(yùn)用該程序計(jì)算了典型瞬態(tài)工況下的高速列車(chē)車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)情況，并對(duì)車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)成因、遲滯效應(yīng)、波動(dòng)規(guī)律、舒適性、控制方法等開(kāi)展了一系列的研究。
　　高速列車(chē)的內(nèi)外流場(chǎng)被分成兩個(gè)子系統(tǒng)，外流場(chǎng)系統(tǒng)的計(jì)算由三維流體計(jì)算方法完成，內(nèi)流場(chǎng)系統(tǒng)則由一維流體計(jì)算方法完成，運(yùn)用加入“多次修正法”的改進(jìn)型一三維耦合計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車(chē)內(nèi)外流場(chǎng)系統(tǒng)的同步聯(lián)合求解。并使用計(jì)

3、算機(jī)語(yǔ)言構(gòu)建了一三維耦合計(jì)算程序，用于內(nèi)外流場(chǎng)的耦合數(shù)值模擬計(jì)算。
　　根據(jù)具體高速列車(chē)車(chē)型的通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及車(chē)體外形，建立了用于數(shù)值模擬計(jì)算的一維列車(chē)內(nèi)流場(chǎng)系統(tǒng)管網(wǎng)計(jì)算模型、三維列車(chē)外流場(chǎng)系統(tǒng)計(jì)算模型以及內(nèi)外流場(chǎng)耦合計(jì)算模型。對(duì)高速列車(chē)單車(chē)明線恒速行駛工況進(jìn)行了研究，其結(jié)果用于預(yù)測(cè)耦合變量的初始值;該類(lèi)型工況下列車(chē)進(jìn)排風(fēng)口以及車(chē)內(nèi)的壓力值均為負(fù)值，并與車(chē)速的平方呈正比關(guān)系;列車(chē)進(jìn)排風(fēng)口的質(zhì)量流量總是維持平衡，與車(chē)速成線性關(guān)系，隨

4、著車(chē)速的增加呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)運(yùn)用耦合計(jì)算方法和分開(kāi)計(jì)算方法分別求解列車(chē)不同速度單車(chē)明線恒速工況，得出耦合計(jì)算方法相對(duì)分開(kāi)計(jì)算方法更有優(yōu)勢(shì)。
　　研究了高速列車(chē)內(nèi)流場(chǎng)系統(tǒng)邊界——進(jìn)排風(fēng)口的壓力在典型瞬態(tài)工況下產(chǎn)生波動(dòng)的機(jī)理:明線交會(huì)時(shí)，研究車(chē)進(jìn)排風(fēng)口的壓力波動(dòng)是由參考車(chē)的正負(fù)壓力區(qū)域通過(guò)所引起;過(guò)隧道情況下，隧道內(nèi)多個(gè)壓縮波、膨脹波的交替或疊加作用導(dǎo)致了進(jìn)排風(fēng)口的壓力波動(dòng)。通過(guò)分析明確了進(jìn)排風(fēng)口質(zhì)量流量不平衡是車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)形成的

5、誘因:迸排風(fēng)口壓力的變化引起了質(zhì)量流量的改變，致使存在質(zhì)量流量不平衡現(xiàn)象，車(chē)內(nèi)總質(zhì)量相應(yīng)的發(fā)生變化導(dǎo)致壓力波動(dòng)形成。同時(shí)得到車(chē)內(nèi)壓力值與進(jìn)排風(fēng)口質(zhì)量流量差成線性關(guān)系;通風(fēng)管道的存在使得車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)相對(duì)于進(jìn)排風(fēng)口具有一定的滯后性，遲滯時(shí)間決定于進(jìn)排風(fēng)口峰值時(shí)刻以及流速，流速越大則車(chē)內(nèi)的峰值響應(yīng)時(shí)間越短。
　　分析了高速列車(chē)在明線會(huì)車(chē)、單車(chē)過(guò)隧道、隧道內(nèi)會(huì)車(chē)這三種典型瞬態(tài)工況下，車(chē)速以及線路條件的改變對(duì)車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)規(guī)律所產(chǎn)生的影響。高

6、速列車(chē)的車(chē)速會(huì)改變車(chē)內(nèi)壓力以及壓力變化率隨時(shí)間的變化趨勢(shì);車(chē)內(nèi)壓力和壓力變化率的幅值與車(chē)速呈冪函數(shù)關(guān)系，車(chē)速增大則兩個(gè)幅值均變大;明線線間距的增大或隧道阻塞比的減小都會(huì)緩和車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)的劇烈程度，車(chē)內(nèi)壓力和壓力變化率幅值與這兩個(gè)線路因素都呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，當(dāng)線間距足夠大或是隧道阻塞比足夠小時(shí)，列車(chē)類(lèi)似單車(chē)明線恒速行駛，車(chē)內(nèi)壓力基本恒定。隧道長(zhǎng)度的變化改變了壓力以及壓力變化率的時(shí)程曲線;“隧-車(chē)”長(zhǎng)度比與壓力波動(dòng)最大幅值呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，得出

7、了最短隧道模型長(zhǎng)度為5倍的車(chē)長(zhǎng)。
　　運(yùn)用現(xiàn)有的舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，分析了滿(mǎn)足車(chē)內(nèi)壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)的列車(chē)運(yùn)行工況參數(shù)臨界點(diǎn)，用以評(píng)價(jià)其他工況下的車(chē)內(nèi)壓力舒適性;對(duì)比兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)壓力變化率幅值的舒適性標(biāo)準(zhǔn)要比壓力幅值的舒適性標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。
　　空調(diào)單元的特殊結(jié)構(gòu)引起了其周?chē)鷧^(qū)域“高正壓-高負(fù)壓-低負(fù)壓-高負(fù)壓-高正壓”這樣的壓力分布規(guī)律，將處于“低負(fù)壓”區(qū)域的兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口優(yōu)化至“高正壓”區(qū)域時(shí)，車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)情況都得到了一定的改善。通過(guò)建立