宋軍浩,郭迪龍,楊國偉,楊乾鎖

(中國科學(xué)院力學(xué)研究所 流固耦合系統(tǒng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室,北京 100190)

高速列車隧道通過中的氣動(dòng)效應(yīng)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)研究

宋軍浩,郭迪龍,楊國偉,楊乾鎖*

(中國科學(xué)院力學(xué)研究所 流固耦合系統(tǒng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室,北京 100190)

高速列車進(jìn)入隧道時(shí)，會(huì)產(chǎn)生壓縮波，壓縮波沿隧道內(nèi)傳播至隧道端口后形成向外輻射的微氣壓波。本文介紹了采用動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在200～350km/h速度范圍內(nèi)對60m雙向隧道模型的隧道壁面壓力波和出口微氣壓波開展的實(shí)驗(yàn)研究。首先分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性；其次給出了初始壓縮波最大值隨時(shí)間的衰減變化規(guī)律和微氣壓幅值隨實(shí)驗(yàn)速度的變化特性；最后研究了流線形頭型長度對微氣壓波幅值的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在實(shí)驗(yàn)速度范圍內(nèi)，隧道壓力波和出口微氣壓波無量綱值保持一致，但隧道出口微氣壓波與流線型頭型長度只能定性描述，定量關(guān)系難以確定。

隧道效應(yīng)；高速列車；微氣壓波；壓縮波；列車頭型

0 引 言

隨著列車運(yùn)行速度的提高，列車穿越隧道引起一系列空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，進(jìn)而對周圍的環(huán)境產(chǎn)生影響[1-3]。當(dāng)列車高速駛?cè)胨淼罆r(shí)，由于空間瞬間變小，前方空氣受到擠壓，產(chǎn)生壓縮波，稱之為初始壓縮波。初始壓縮波以當(dāng)?shù)芈曀傧蛩淼莱隹诜较騻鞑?，在隧道出口端發(fā)生反射，反射波以膨脹波的形式在隧道內(nèi)反方向向隧道入口傳播，另外一部分壓縮波由出口端向周圍環(huán)境以脈沖的形式輻射，形成洞口微氣壓波[4-6]。

洞口微氣壓波的能量大部分分布在次聲波區(qū)[7]，即頻率在20Hz以下，低于人類聽覺下限。但是，某些頻率的次聲波由于和人體器官的振動(dòng)頻率相近，容易使人體器官產(chǎn)生共振，尤其是高強(qiáng)度的音爆次聲波會(huì)對隧道周圍的環(huán)境和人員產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響。列車運(yùn)行速度越高，列車通過隧道時(shí)產(chǎn)生的微氣壓波的強(qiáng)度就越強(qiáng)。開展隧道壓力波和微氣壓波形成機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究，對保護(hù)隧道口處的環(huán)境、保障車內(nèi)的人員安全和滿足舒適性要求的車體設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

目前隧道壓力波和洞口微氣壓波的研究方法有實(shí)車線路試驗(yàn)、動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬3種方法。線路試驗(yàn)是最直接可靠的基本試驗(yàn)方法，可獲得最符合實(shí)際的數(shù)據(jù)，可以驗(yàn)證計(jì)算方法的正確性，但組織實(shí)施費(fèi)用高、測試結(jié)果易受環(huán)境因素影響且試驗(yàn)條件局限于現(xiàn)有隧道和列車。動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)裝置是研究列車空氣動(dòng)力學(xué)的專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在空氣中，將列車模型加速到列車的實(shí)際運(yùn)行速度，進(jìn)而開展相關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。按加速方式分為彈射式和管道式2類，其中，管道式加速大多采用軸對稱列車模型，主要模擬具有相同阻塞比的列車隧道壓力波和出口微氣壓波問題。但由于其尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，故不能反映真實(shí)隧道結(jié)構(gòu)和列車的三維形狀；彈射式加速主要有英國于1991年建成的縮比1∶25、最高實(shí)驗(yàn)速度305km/h[8]和我國中南大學(xué)于1998年建成的縮比1∶20、最高實(shí)驗(yàn)速度350km/h[9]的動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。利用這些實(shí)驗(yàn)裝置，開展了大量列車隧道壓力波和出口微氣壓波實(shí)驗(yàn)研究[10-12]。為了實(shí)現(xiàn)更高的實(shí)驗(yàn)速度和更接近實(shí)際列車運(yùn)行的雷諾數(shù)，筆者利用壓縮空氣間接加速和磁渦流阻尼力制動(dòng)列車模型的技術(shù)，研制了模型縮比為1∶8、最高實(shí)驗(yàn)時(shí)速可達(dá)500km的雙向動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)[13-14]。利用該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可得到更加接近于實(shí)際的隧道壓力波和微氣壓波基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，校核理論和計(jì)算方法，總結(jié)壓力波和微氣壓波變化規(guī)律。

本文介紹了利用自主研制的動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，依據(jù)我國雙線隧道靜空面積100m2的實(shí)際隧道圖紙和動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)段的可用長度，搭建了60m長的雙線隧道模型，開展了實(shí)驗(yàn)速度在200～350km/h范圍內(nèi)、不同隧道壁面位置的壓力波和不同隧道出口位置微氣壓波的測量研究。 首先依據(jù)隧道壁面固定測點(diǎn)的壓力波數(shù)據(jù)與列車運(yùn)行位置及壓力波傳播和反射過程的關(guān)系、不同速度的初始壓縮波無量綱曲線及距隧道口一定距離后壓力波應(yīng)該呈現(xiàn)一維平面波的特性，分析測量數(shù)據(jù)的正確性；在此基礎(chǔ)上，總結(jié)隧道壓力波最大值隨實(shí)驗(yàn)速度和隧道入口距離因隧道壁面粘性影響的衰減變化規(guī)律和隧道出口不同位置微氣壓幅值隨實(shí)驗(yàn)速度的變化特性；最后測量2種不同長度流線形頭型的列車以相同速度通過同一隧道時(shí)的洞口微氣壓波，研究頭型設(shè)計(jì)對微氣壓波的影響，對優(yōu)化列車頭型，減小高速列車隧道效應(yīng)具有參考價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

高速列車隧道通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M是在中國科學(xué)院力學(xué)研究所懷柔基地的雙向動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成的，該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軌道和隧道模型均是依據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)雙向軌道5m的中心間距、雙線隧道靜空面積100m2按縮比1∶8搭建的。該平臺(tái)分為上下2層，上層由列車模型加速段、實(shí)驗(yàn)段和減速段3部分組成；下層為拖車加速段、拖車減速段及其活塞的加速管、泄氣管和減速管，這里活塞和拖車?yán)脿恳K連接；加速管端口側(cè)面連接空氣炮。實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)速度，將壓縮空氣注入空氣炮，空氣炮開啟時(shí)，壓縮空氣流入加速管推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)活塞牽引拖車沿下層軌道滑動(dòng)，同時(shí)牽引上層列車模型加速(加速段長50m)；加速結(jié)束后，拖車進(jìn)入減速段(由2個(gè)豎直設(shè)置的平行鐵板組成)，因拖車兩側(cè)布置了強(qiáng)力永久磁鐵，當(dāng)其滑過平行鐵板之間會(huì)產(chǎn)生磁渦流阻尼力使拖車減速(減速段長度50m)，這時(shí)活塞已通過泄氣段，壓縮氣體從泄氣孔的逃逸使活塞前后壓力逐漸平衡，活塞通過牽引索和拖車連接而一起減速，最終停止。當(dāng)拖車進(jìn)入減速段時(shí)，由于慣性作用，上層的列車模型由于慣性做勻速運(yùn)動(dòng)與拖車自動(dòng)分離，隨后基本勻速地滑行通過實(shí)驗(yàn)段，完成相關(guān)氣動(dòng)測試。在上層減速段，同樣采用鑲嵌永久強(qiáng)力磁鐵的車底滑塊與減速段鐵板作用產(chǎn)生磁渦流阻尼力使列車模型減速，減速段長度為100m。該平臺(tái)可以將100kg的列車模型加速到500km/h以上、將260kg的模型加速到400km/h以上。在開展隧道空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將60m長的隧道模型固定在實(shí)驗(yàn)段。隧道截面尺寸如圖1所示，其中可以看到4個(gè)壓力傳感器在其截面上的安裝位置。

實(shí)驗(yàn)?zāi)M中，使用頭車、中車、尾車編組的縮比為1∶8的2種列車模型，如圖2所示。列車模型長度為9.9m，截面積為0.186m2，但2種頭車的外形明顯不同，其中模型A的流線型部分的長度為0.3m，模型B為1.2m。列車橫截面積和隧道內(nèi)的橫截面積的比值，即隧道阻塞比為β=0.119。隧道模型安裝在動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)段的實(shí)際情況如圖3所示。

圖4給出了隧道壁面壓力波測量傳感器安裝位置。距隧道入口的距離分別為10、20、30和40m，離地高度471mm處有4個(gè)測壓傳感器(對應(yīng)A11、A21、A31和A41)；距隧道口20m截面的周向有4個(gè)測壓傳感器(對應(yīng)A21、A22、A23和A24)，如圖1所示。微氣壓波的探測安裝在距隧道出口1和2.5m處。其中，隧道壁面測壓傳感器的量程為7000Pa，微氣壓波的量程為2000Pa，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率為5kHz，A/D采樣精度16位。

圖1 隧道模型截面尺寸Fig.1 Section dimension of the tunnel model

圖2 2種列車模型的結(jié)構(gòu)外形圖及其相關(guān)尺寸Fig.2 Streamline shape and dimension of two kinds of train models

圖3 隧道模型安裝在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的狀態(tài)Fig.3 Installation of the tunnel model on the moving model rig

圖4 隧道模型、速度測量裝置、內(nèi)壁面壓力波測量和微氣壓波測量的儀器的相對位置
Fig.4Positionsofthevelocitymeasurementdevice,thesensorsforthetunnelpressurewaveandthemicropressurewaveatthetunnelmodel

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

在列車模型進(jìn)入隧道時(shí)，利用激光束和光電探測器測量了列車模型的實(shí)驗(yàn)速度。利用列車模型A開展了速度分別為202、251、304和344km/h的隧道通過實(shí)驗(yàn)，利用列車模型B開展了速度為304km/h的對比實(shí)驗(yàn)。在穿越隧道過程中，由于氣動(dòng)阻力和隧道壁面摩擦力的作用，列車模型的速度略有下降，大約在3%左右，因此可以認(rèn)為列車模型是勻速運(yùn)動(dòng)。下面介紹列車模型在穿越隧道過程中，隧道壓力波的變化特征、在隧道出口處的微氣壓波特征及其流線型長度對隧道壓力波和微氣壓波的影響。

2.1隧道壓力波實(shí)驗(yàn)結(jié)果有效性分析

圖5(a)給出了列車模型A以速度304km/h穿越隧道，距隧道入口20m的隧道壁面4個(gè)測點(diǎn)的壓力波時(shí)程曲線(對應(yīng)A21、A22、A23和A24)。為了分析列車通過隧道的過程，圖5(b)給出了對應(yīng)的壓力波傳播和列車模型運(yùn)行軌跡及其與圖5(a)的對應(yīng)關(guān)系。在圖5(b)中，傾斜的黑實(shí)線表示壓縮波的傳播軌跡，傾斜的虛線表示膨脹波的傳播軌跡，兩者均以聲速傳播；同時(shí)給出了車頭和車尾的運(yùn)行軌跡。

由圖5(a)可以看出，列車在進(jìn)入隧道之前，隧道內(nèi)的空氣已經(jīng)受到干擾，產(chǎn)生小幅度的壓力波動(dòng)，傳播至測點(diǎn)，導(dǎo)致壓力增加，即Δp1。接著，列車車頭的變截面鼻錐區(qū)進(jìn)入隧道(a點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻)，產(chǎn)生壓縮波傳播至測點(diǎn)，測點(diǎn)壓力劇烈增加，即Δp2。在列車進(jìn)入隧道的過程中，列車的阻塞作用逐漸顯現(xiàn)，測點(diǎn)壓力繼續(xù)逐漸增加，直至全部車身進(jìn)入隧道。當(dāng)列車尾部進(jìn)入隧道時(shí)，產(chǎn)生的膨脹波通過該測點(diǎn)時(shí)，才導(dǎo)致壓力開始下降，即b點(diǎn)。因此，壓力波動(dòng)曲線a到b段即為初始壓縮波。壓力波動(dòng)的c到d段為列車通過該測點(diǎn)，列車車頭在經(jīng)過時(shí)會(huì)引起一個(gè)短暫的壓力上升，然后使壓力突然降低，列車車尾經(jīng)過后，壓力再逐漸上升；隨后的過程是壓縮波傳播至出口，反射后成為膨脹波，而原來的膨脹波傳播至出口反射后轉(zhuǎn)換為壓縮波。進(jìn)一步的分析表明，壓縮波傳播至測點(diǎn)時(shí)，壓力通常呈增加的趨勢，而膨脹波經(jīng)過測點(diǎn)時(shí)，壓力通常呈下降的趨勢。總之，測量的壓力波波峰、波谷和轉(zhuǎn)折點(diǎn)與壓力波解析傳播圖一一對應(yīng)，反映測量結(jié)果變化趨勢是正確的。

圖5 (a) 距隧道入口20m處隧道截面不同位置的內(nèi)壁面壓力演化過程;(b) 對應(yīng)的馬赫波傳播圖，這里模型的時(shí)速為304km/h
Fig.5(a)Pressureevolutionontheinnerwallofthetunnelmodelat20mfromtheentranceand(b)Machwavepropagationinthecaseof304km/h

另一方面，當(dāng)列車在隧道內(nèi)運(yùn)行時(shí)，距隧道入口20m處的橫截面4個(gè)位置處的壓力波曲線基本重合，只是在列車車頭經(jīng)過該橫截面時(shí)，靠近列車車頭壁面的測點(diǎn)會(huì)受到列車車頭前方高壓區(qū)的影響大(A21)，而遠(yuǎn)離列車車頭的一側(cè)則受到的影響比較小。同樣，在列車車尾經(jīng)過時(shí)，約在靠近列車車尾一側(cè)隧道壁面有較小的壓力下降，導(dǎo)致隧道壓力波負(fù)峰值靠近車尾一側(cè)為-2217.5Pa，遠(yuǎn)離車尾一側(cè)為-2089.2Pa，幅值相差6%?？傊?，同一隧道截面不同點(diǎn)壓力波特性基本一致，與距隧道入口一定距離后壓力波呈現(xiàn)一維平面波特性，與文獻(xiàn)[15-17]研究結(jié)果一致，進(jìn)一步反映測量結(jié)果的有效性。

圖6(a)給出距入口20m處測點(diǎn)在不同速度下初始壓縮波變化曲線。隨著列車通過隧道的速度增大，初始壓縮波的幅值逐漸增加。

引入如下的時(shí)間和壓力的無量綱化系數(shù)Tp和Cp

式中:p是測得的氣動(dòng)壓力，Pa；ρ為空氣的密度，kg/m3(取值1.225)；v是列車運(yùn)行速度，m/s。圖6(b)給出了對應(yīng)的無量綱化處理結(jié)果。實(shí)驗(yàn)速度的無量綱壓力波在初始發(fā)展階段基本一致，反映不同速度的壓力波測量結(jié)果是有效的。

通過對壓力波時(shí)程曲線與傳播特性對應(yīng)關(guān)系、距隧道入口一定距離隧道壁面不同位置測點(diǎn)的壓力波曲線比較和同一測點(diǎn)不同速度的壓力波無量綱對比，可以判斷動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果是有效的。下面利用這些結(jié)果開展進(jìn)一步的分析。

圖6 4種速度下(a)隧道壓力波的初始階段和(b)無量綱處理的結(jié)果Fig.6 (a) Initial stage of the compressed wave in the case of 4 speed values and (b) corresponding curves for the non-dimensional process

2.2隧道壓力波衰減特性分析

圖7(a)和(b)分別給出了304和344km/h 2種速度下距隧道入口不同距離的4個(gè)隧道壁面測點(diǎn)的壓縮波時(shí)程變化曲線及其壓力梯度的比較。可見，壓縮波在隧道內(nèi)傳播過程中，由于隧道壁面粘性作用，初始壓力波強(qiáng)度及其梯度隨距隧道入口距離增加略微衰減。圖8顯示了該4個(gè)實(shí)驗(yàn)速度下，4個(gè)測點(diǎn)壓力波最大值隨隧道入口距離的衰減變化情況?？梢钥吹剑核俣仍礁?，隨著距隧道入口距離的增加，對應(yīng)的壓力衰減值越大，202km/h速度下從657.87Pa降低到476.63Pa ，344km/h速度下從1892.1Pa降低到1622.99Pa；但衰減斜率基本一致，也就是說，對60m長的實(shí)驗(yàn)隧道，在實(shí)驗(yàn)速度200～350km/h范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)壓力波傳播非線性傳播效應(yīng)，基于單一速度的壓力波無量綱值可以轉(zhuǎn)換為其他速度的壓力波時(shí)程曲線。

2.3隧道出口微氣壓波

列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的初始壓縮波在隧道內(nèi)傳播到達(dá)隧道端口時(shí)向外輻射，形成洞口微氣壓波。圖9給出了列車以304km/h通過隧道距隧道出口2.5m處的壓力波動(dòng)曲線及對應(yīng)的壓力波傳播和列車運(yùn)行軌跡圖。在M1時(shí)刻，列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的初始壓縮波向洞口向外輻射，剛好傳播到該測點(diǎn)； M2和M3分別為尾車產(chǎn)生的膨脹波和初始壓縮波經(jīng)二次折射到該測點(diǎn)的對應(yīng)時(shí)刻，隨后，列車駛出隧道，當(dāng)頭車經(jīng)過該測點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生先升后降的壓力波動(dòng)，尾車經(jīng)過測點(diǎn)引起的波動(dòng)與頭車相反，產(chǎn)生先降后升的壓力波動(dòng)。

圖10給出了列車模型A以不同速度通過隧道時(shí)，對應(yīng)洞口1和2.5m位置的微氣壓波幅值變化曲線。隨著速度的增加，微氣壓波幅值增加，冪級數(shù)擬合結(jié)果可以看出與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ退俣鹊?次方成正比，符合理論分析，但兩者的變化斜率不一致，這也許是微氣壓波以球面波向隧道出口外傳播、2個(gè)測點(diǎn)不是安裝在同一徑向方向上的原因。

圖7 4個(gè)位置的初始壓縮波及其壓力梯度隨時(shí)間的演化：(a)304km/h和(b) 344km/h
Fig.7Initialstageofthecompressedwavesandpressuregradientsat4positionsinthecaseof(a)304km/hand(b)344km/h

圖8 不同速度下隧道壓力波的最大值及無量綱化壓力系數(shù)Fig.8 Maxima of the compressed wave for several speeds

圖9 距隧道模型出口2.5m處的微氣壓波演化曲線，這里列車模型速度為304km/hour
Fig.9Evolutionofthemicropressurewaveatthepositionof2.5mfromtheexitofthetunnelmodelinthecaseof304km/h

2.4流線型頭型長度對微氣壓波的影響

在隧道長度和列車長度給定的情況下，微氣壓波主要取決于隧道阻塞比，同時(shí)流線型頭型也對微氣壓波有一定影響。圖11(a)和(b)給出了圖1所示的A和B這2種頭型的列車模型在相同速度304km/h下隧道通過對應(yīng)的20m隧道壁面和隧道出口外1m處的壓力波和微氣壓波波形比較。模型A的流線型長度較短，初始壓力波和微氣壓波幅值較大，模型B的流線型長度較長，初始壓力波和微氣壓波幅值較小。具體來說，模型A的微氣壓波幅值為55.92Pa，模型B的微氣壓波幅值為47.42Pa，模型A的值高出模型B約17.9%。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，很難總結(jié)出其他條件一致時(shí)微氣壓波幅值與頭型流線型長度的定量關(guān)系。為降低隧道內(nèi)壓力波和隧道出口微氣壓波幅值，建議在結(jié)構(gòu)條件允許的條件下，盡可能增加列車頭型的流線形長度。

圖10 4種速度下模型A在隧道出口1和2.5m處的微氣壓波的峰值
Fig.10Dependenceofthepeakvaluesofthemicropressurewavesatthepositionsof1mand2.5mfromtheexitonthespeedoftrainmodel

圖11 在時(shí)速為304km/h運(yùn)行時(shí)，2種模型的(a)隧道內(nèi)的A21位置處的初始壓力波波形和(b)隧道出口1m處對應(yīng)車頭進(jìn)入隧道時(shí)的微氣壓波波形
Fig.11InitialstageofthecompressedwaveatthepositionofA21fortwokindsoftrainmodelsinthecaseof304km/hand(b)thecurvesofthemicropressurewaveatthepositionof1mfromtheexit

3 結(jié) 論

本文利用縮比為1∶8的高速列車動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和60m長的隧道模型，采用頭、中、尾3編組列車模型和隧道模型內(nèi)多個(gè)位置安裝的高頻壓力傳感器，開展了在列車通過隧道過程中的隧道內(nèi)壁壓力波動(dòng)和出口微氣壓波的模擬測量研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：(1) 列車進(jìn)入隧道時(shí)，隧道內(nèi)壁各點(diǎn)壓力的上升和下降與車頭和車尾進(jìn)入隧道時(shí)產(chǎn)生的壓縮波和膨脹波及其以聲速傳播至隧道出口后的兩者之間的相互轉(zhuǎn)換有關(guān)。通常壓縮波經(jīng)過后，壁面各點(diǎn)壓力開始上升；膨脹波經(jīng)過后，壓力開始下降，且隧道截面上不同點(diǎn)位的壓力變化基本等幅和同步。(2) 壁面各點(diǎn)壓力上升和下降的幅度與列車的速度成正比，且壓力變化幅度隨著到進(jìn)口距離的增加而線性地減小。(3) 在隧道出口，產(chǎn)生微氣壓波。在頭車經(jīng)過時(shí)，壓力先升后降；尾車經(jīng)過時(shí)，壓力先降后升；且波動(dòng)幅度隨著距隧道出口距離的增加而減小。(4) 列車頭部的鼻錐越長，隧道內(nèi)壓力波動(dòng)的幅度和隧道口微氣壓波的強(qiáng)度就越小。

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宋軍浩(1985-)，男，山東威海人，博士。研究方向：高速列車空氣動(dòng)力學(xué)。通信地址：北京市海淀區(qū)北四環(huán)西路15號(hào)(100190)。E-mail:sjunhao@163.com

(編輯：張巧蕓)

Experimentalinvestigationontheaerodynamicsoftunnel-passingforhighspeedtrainwithamovingmodelrig

Song Junhao,Guo Dilong,Yang Guowei,Yang Qiansuo*

(Key Laboratory of Mechanics in Fluid Solid Coupling System,Institute of Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China)

When a high speed train enters a tunnel,a compressed wave occurs and propagates along the tunnel to the tunnel port,and transforms to be a micro pressure wave.Using the moving model rig experiment system,pressure waves and the micro pressure wave were measured in the double-track tunnel (60m in length) within the speed range of 200-350km/h.Firstly,the validity of experimental data was verified.Secondly,the reduction principle of the initial compression wave propagating in the tunnel and the relationship between the micro pressure wave and the train speed were drawn out.The effect of the streamlined nose shape on the micro pressure wave was studied at last.The experimental results show that in the speed ranges,the dimensionless values of the pressure wave and micro pressure wave are the same with different speeds.However,the relationship between the micro pressure wave and the streamlined nose length is only analyzed qualitatively,with quantitative relationship difficult to determine.

tunnel effect;high speed train;micro pressure wave;compressed wave;streamline shape

O335

A

1672-9897(2017)05-0039-07

10.11729/syltlx20170002

2017-01-03;

2017-08-24

*通信作者 E-mail:qsyang@imech.ac.cn

SongJH,GuoDL,YangGW,etal.Experimentalinvestigationontheaerodynamicsoftunnel-passingforhighspeedtrainwithamovingmodelrig.JournalofExperimentsinFluidMechanics,2017,31(5):39-45.宋軍浩,郭迪龍,楊國偉,等.高速列車隧道通過中的氣動(dòng)效應(yīng)動(dòng)模型實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)驗(yàn)流體力學(xué),2017,31(5):39-45.