成炯豪，郭易，郭迪龍，紀占玲，毛軍，劉雯

1.中國科學院力學研究所 流固耦合系統(tǒng)力學重點實驗室，北京 100190

2.中國科學院大學 工程科學學院，北京 100049

3.北京交通大學 土木建筑工程學院，北京 100044 4.中車工業(yè)研究院有限公司，北京 100070

0 引言

截至2021年底，我國鐵路運營里程已經(jīng)突破1.5×104km（其中高速鐵路超過4×104km），且穿越山區(qū)的線路占比較高。列車在山區(qū)運行時，受限于牽引力及最大坡度要求，常需以穿隧方式克服高程障礙。列車高速進入隧道時，會產(chǎn)生以當?shù)芈曀傧蛩淼莱隹趥鞑サ膲嚎s波[1]。列車速度低于當?shù)芈曀贂r，壓縮波先于列車到達隧道出口形成列車風。強烈的列車風會對隧道內(nèi)外的鐵路附屬設施產(chǎn)生不利影響，并對軌旁工作人員安全構(gòu)成威脅[2-5]。

磁浮軌道交通由于具有速域?qū)?、爬坡強、噪聲低、環(huán)保節(jié)能等方面的優(yōu)勢，在軌道交通中脫穎而出[6]，受到世界各國的廣泛關(guān)注。我國在實現(xiàn)中低速磁浮列車量產(chǎn)的基礎上，啟動了200～600km/h高速磁浮列車研制項目[7]。高速磁浮列車速度更快，壓縮波強度更大，在隧道出口誘導的氣流突變更加顯著。為在我國鐵路線路多隧條件下實現(xiàn)高速磁浮列車的安全運營，需要對高速磁浮列車通過隧道時誘導的列車風特性進行深入研究。

日本新干線投入運營后，國內(nèi)外研究者對高速列車隧道氣動效應開展了一系列研究[8]。在理論研究方面，李炎等[9]探討了列車長度、隧道長度、阻塞比等因素對活塞風的影響，提出了活塞風壓力和活塞風速度的計算方法；Howe 等[10]基于相似理論試驗研究了隧道內(nèi)壓縮波對隧道出口微氣壓波的影響規(guī)律，提出了列車進入隧道產(chǎn)生的壓縮波的解析模型；顧紅生等[11]從空氣動力學基本方程出發(fā)，推導了按非定常流計算活塞風速度的理論公式，分析得出了影響隧道內(nèi)活塞風速度的主要因素為列車速度和隧道截面積。這些理論結(jié)果大多是在早期有限的計算機技術(shù)條件下根據(jù)一維簡化模型推導得出，可以為列車風研究提供理論指導，但列車在隧道內(nèi)的實際氣動效應是復雜的三維瞬態(tài)流動，對于列車通過隧道全過程的多維模擬，理論研究存在較大困難[12]。

在實車實驗方面，Sakuma 等[13]基于實車實驗研究了隧道內(nèi)列車風；劉峰等[14]測試了高速動車組穿越雙線隧道引發(fā)的隧道壁面氣動壓力，分析了列車通過和駛出階段不同位置測點的壓力峰值；方雨菲等[15]基于現(xiàn)場測試分析了不同因素對隧道附屬設施表面氣動荷載、振動加速度和列車風速度的影響，給出了隧道內(nèi)氣動荷載分布規(guī)律；劉堂紅等[16]對隧道中列車誘導的列車風進行了現(xiàn)場測量，發(fā)現(xiàn)列車風速度與列車運行速度呈線性關(guān)系。

實車實驗大多針對車速較低的傳統(tǒng)輪軌列車，實施難度大、成本高，因此，數(shù)值模擬在高速列車氣動效應研究中得到了廣泛應用。梅元貴[17]采用數(shù)值方法分析了高速鐵路隧道壓力波的傳播特性；牛紀強[18]對不同編組長度的列車以不同速度通過隧道和隧道內(nèi)交會進行了分析研究，發(fā)現(xiàn)列車尾流引起的列車風速度最高，編組長度對列車風影響顯著；王磊等[19-20]采用數(shù)值方法模擬了CRH380A 高速列車通過雙線隧道的全過程，研究了雙線隧道內(nèi)的列車風分布及流場特性；樸榮煥等[21]對地鐵車輛通過隧道的動態(tài)過程進行了數(shù)值模擬，研究結(jié)果表明隧道內(nèi)活塞風主要為縱向流，距離車身越遠，活塞風峰值速度越低；管鴻浩等[22]對單列列車通過雙線隧道引起的列車風分布規(guī)律進行了研究，結(jié)果表明：由于列車與隧道壁之間空隙不均勻，導致列車兩側(cè)列車風峰值速度出現(xiàn)于不同時刻。在上述研究中，國內(nèi)外研究者對臨近列車車身的流動多有關(guān)注，而對壓縮波誘導的隧道出口列車風關(guān)注較少。

本文通過與動模型實驗的對比，驗證了隧道出口列車風數(shù)值計算結(jié)果的準確性。以高速磁浮列車作為研究對象，采用數(shù)值方法研究了列車運行速度、隧道阻塞比對隧道出口列車風的影響規(guī)律。

1 計算方法與模型

1.1 計算方法

使用Simcenter STAR–CCM+對磁浮列車通過隧道的過程進行計算。對三維、可壓縮、非定常N–S 方程進行求解：

為使方程封閉，還需補充完全氣體狀態(tài)方程：

式中：ρ、p、t 分別為密度、壓力和時間；x、u 分別為坐標和速度，下標i、j、k 表示3 個方向的分量；e 為單位質(zhì)量氣體的內(nèi)能，δij為克羅內(nèi)克符號，μ為黏性系數(shù)，k 為熱傳導系數(shù)，T 為溫度，γ為比熱比，R 為氣體常數(shù)。采用SST k?ω湍流模型，方程中對流項的離散采用Roe 格式，黏性項的離散采用二階中心差分方法，時間上采用二階隱式方法進行積分，時間離散采用帶偽時間步的LU–SGS 方法。

以重疊網(wǎng)格作非定常計算，若1 個時間步內(nèi)列車運動距離與重疊區(qū)域背景網(wǎng)格尺寸相差過大，計算不收斂。1∶8 縮比模型計算時間步長取6 × 10?4s，實車模型計算時間步長取2 × 10?3s，1 個時間步內(nèi)列車運行距離不超過2 個重疊區(qū)域背景網(wǎng)格，內(nèi)迭代步數(shù)均為5，滿足內(nèi)迭代殘差下降一個量級。

目前，近壁湍流處理有兩種方法：直接求解到壁面和采用壁面函數(shù)。本文計算模型為1∶1 真實外形磁浮列車，其外部流動為復雜三維流動，總網(wǎng)格量相當大。為控制網(wǎng)格數(shù)量，本文參考相關(guān)文獻的處理方法[23-24]，采用標準壁面函數(shù)對近壁湍流進行處理。

1.2 計算工況

列車運行速度是影響壓縮波強度的重要因素。本文以高速磁浮列車為研究對象，列車運行速度為400、500 和600 km/h。當隧道截面積、列車運行速度和列車長度確定后，最不利隧道長度隨列車運行速度增大而減小，當列車運行速度為400 km/h 時，最不利隧道長度約為404 m[25]。此外，本文研究重點為列車進入隧道后的壓縮波在隧道出口引起的列車風，壓縮波以當?shù)芈曀賯鞑ィ羲淼篱L度過短，將難以區(qū)分列車附近活塞風引起的風速和壓縮波誘導形成的風速。綜合以上兩點考慮，將隧道長度設定為500 m，以滿足避開最不利隧道長度以及壓縮波遲于列車到達隧道出口1 s 以上的條件。

隧道阻塞比也是影響壓縮波強度的主要因素之一。由于目前尚無高速磁浮列車工程化線路，本文采用文獻[26]中的單線隧道模型（隧道出口無緩沖結(jié)構(gòu)，隧道截面積為70 m2），經(jīng)等比例放大得到隧道截面積為90 和110 m2的單線隧道，對隧道阻塞比與壓縮波誘導隧道出口列車風的關(guān)系進行了研究。

1.3 模型與計算域

基于磁浮列車實車模型（圖1）進行數(shù)值計算。全車長130.7 m（含車間間隙），高約4.2 m，寬約3.7 m；共5 節(jié)車廂，頭（尾）車長約28.08 m，中間車單節(jié)長約24.52 m。計算域包括隧道及其兩端外場，兩端外場尺寸相同。隧道和計算域參數(shù)如圖2所示。

圖1 磁浮列車模型Fig.1 Maglev train model

圖2 隧道和計算域參數(shù)示意圖Fig.2 Schematic diagrams of the tunnel and the computational domain

1.4 網(wǎng)格與邊界條件

使用重疊網(wǎng)格方法進行計算。該方法適用于模擬對象存在邊界運動的情況，可以真實模擬列車與隧道之間的相對運動。網(wǎng)格模型包括背景網(wǎng)格和部件網(wǎng)格：背景網(wǎng)格是整個計算域網(wǎng)格，部件網(wǎng)格為車身附近的一部分流體空間網(wǎng)格。如圖3所示：紅色虛線框為背景網(wǎng)格的加密區(qū)域，網(wǎng)格尺寸為0.250 m；藍色虛線框為車身網(wǎng)格與背景網(wǎng)格的重疊區(qū)域，網(wǎng)格尺寸為0.125 m。部件網(wǎng)格與背景網(wǎng)格之間重疊4～5 層網(wǎng)格，確保流場數(shù)據(jù)交換足夠準確，網(wǎng)格總數(shù)約為1 500 萬。

圖3 計算域網(wǎng)格Fig.3 Computational gird

邊界條件包括壓力出口和無滑移壁面，隧道壁面及計算域地面設置為無滑移壁面條件，其他計算域邊界設置為壓力出口條件。包含列車的overset 區(qū)域設置為運動條件，通過給定該區(qū)域的速度實現(xiàn)列車的運動。

2 算例驗證

2.1 算法驗證

動模型實驗是目前列車風測試最為有效的手段[1,26]，可通過實驗結(jié)果驗證數(shù)值方法的準確性。本文將1∶8 縮比列車模型數(shù)值模擬結(jié)果與動模型實驗結(jié)果進行了對比?？s比列車模型數(shù)值模擬所用體網(wǎng)格尺寸為實車模型體網(wǎng)格尺寸的1/8，采用第1 節(jié)介紹的計算方法。標準列車模型（全長10.084 m）設計引入了VMF 參數(shù)化方法，通過控制頭型長度、排障器外形、駕駛室前擋玻璃外形、頭型縱剖面型線等生成頭車模型，能夠反映高速列車外形且可重復實現(xiàn)。隧道由橫截面積S=70 m2的單線隧道等比例縮小得到，長度為60 m。

動模型實驗在中國科學院力學研究所的高速列車雙向動模型平臺上進行。以固定于隧道出口平面處的一維熱線風速儀測量風速，如圖4所示。熱線風速儀與軌道中心線的距離以及與軌道頂面的高度差遵照TSI 和EN-14067[25]的標準：距離軌道中心線375 mm，高于軌道頂面25 mm（對應實車距軌道中心線3.0 m，高于軌道頂面0.2 m）。隧道置于動模型平臺測試段內(nèi)，列車在平臺測試段范圍內(nèi)以近似勻速的狀態(tài)滑行。數(shù)值模擬中，在與動模型實驗相同的位置布置測點測量風速。

圖4 熱線風速儀安裝位置Fig.4 Installation position of the hot wire anemometer

要獲得列車某一運行速度下隧道出口的列車風特征，需對該速度下多次列車風測試結(jié)果取系綜平均值，獲得系綜平均曲線，并基于系綜平均曲線研究該速度下的隧道出口列車風特征。圖5 給出了列車速度200 km/h 時的動模型實驗數(shù)據(jù)（黑色虛線表示頭車到達隧道入口，紅色虛線表示頭車到達隧道出口）。可以看到，在頭車到達隧道出口前，單次試驗和系綜平均的列車風速度曲線基本重合，說明壓縮波誘導的氣流流場穩(wěn)定，實驗可重復性較高。需要說明的是：在滑行過程中，列車受到軌道摩擦阻力和氣動阻力，作加速度很小的減速運動，實驗用時約1.10 s，而理論上勻速通過隧道所需時間約為1.08 s。

圖5 隧道出口列車風速度Fig.5 Wind speed at the tunnel exit

對比了動模型實驗和數(shù)值模擬的結(jié)果（列車運行速度為200、250 和300 km/h）。頭車到達隧道出口時的測點列車風速度由車身繞流形成，風速變化劇烈，且本文重點關(guān)注頭車未到達隧道出口時由壓縮波誘導的隧道出口風速，故僅選取頭車到達隧道入口至頭車到達隧道出口這一時間段內(nèi)的列車風速度曲線進行對比，如圖6所示。圖6 中的實驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好。需要說明的是：動模型實驗平臺軌道下方及隧道接縫處存在縫隙，隧道密封性比理想條件差；數(shù)值模擬則是完全密封的理想條件，故兩者隧道內(nèi)壓縮波和膨脹波的強度略有差異，在風速曲線的波峰和波谷處，實驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果存在一定誤差。

圖6 不同列車運行速度下的動模型實驗和數(shù)值模擬測點風速對比Fig.6 Comparison of wind speed at the measuring point between moving model test and numerical simulation

2.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗證

為驗證計算結(jié)果與網(wǎng)格尺寸的無關(guān)性，對磁浮列車實車模型進行了網(wǎng)格無關(guān)性計算。設計了3 種加密區(qū)體網(wǎng)格尺寸進行計算和對比：在粗網(wǎng)格方案中，加密區(qū)體網(wǎng)格尺寸為0.500 m，總量為700 萬；在中網(wǎng)格方案中，加密區(qū)體網(wǎng)格尺寸為0.250 m，總量為1 500 萬；在細網(wǎng)格方案中，加密區(qū)體網(wǎng)格尺寸為0.125 m，總量為2 300 萬。

在隧道長度500 m、列車運行速度400 km/h 工況下，對比3 種網(wǎng)格方案下計算得到的隧道出口風速，如圖7所示：中網(wǎng)格和細網(wǎng)格方案風速曲線的峰值和變化趨勢基本一致，而粗網(wǎng)格方案的結(jié)果與其他兩種方案存在一定偏差。為保證計算精度、節(jié)約計算資源，選擇加密區(qū)體網(wǎng)格尺寸為0.250 m 的中網(wǎng)格方案進行后續(xù)計算。

圖7 不同網(wǎng)格尺寸下的隧道出口風速Fig.7 Comparison of wind speed under different grid resolution conditions

3 結(jié)果分析

列車運行速度、隧道阻塞比對壓縮波強度的影響較大。本文設計了400、500 和600km/h等3 個速度以及70、90 和110 m2等3 種隧道截面積。首先對隧道出口附近壓縮波誘導列車風的空間特性進行分析，然后探討列車運行速度和隧道阻塞比對壓縮波誘導隧道出口列車風的影響。本節(jié)所涉及的速度均為空間3 個方向的合速度。

3.1 壓縮波誘導隧道出口列車風特性

以列車運行速度400 km/h、隧道長度500 m、隧道截面積70 m2為例，對隧道出口列車風特性進行分析。圖8 上圖為隧道內(nèi)的壓縮波和膨脹波傳播圖，圖8 下圖為隧道出口平面距離軌道中心線3 m、高度1.5 m 處（z=1.5 m）測點的風速曲線。

圖8 隧道內(nèi)馬赫波傳播圖及隧道出口測點風速Fig.8 Mach wave propagation in the tunnel and wind speed of the measuring point at the tunnel exit

頭車鼻錐到達隧道入口時（t=0 s），初始壓縮波形成，并以當?shù)芈曀傧蛩淼莱隹趥鞑ィ籺=1.176 s 時，尾車鼻錐到達隧道入口，產(chǎn)生膨脹波，并以當?shù)芈曀傧蛩淼莱隹趥鞑?；初始壓縮波和膨脹波分別于t=1.471 s 和t=2.646 s 到達隧道出口測點位置。從圖8 可以看出：當初始壓縮波到達測點位置，測點風速突然快速增大至15 m/s，這是由頭車進入隧道后的初始壓縮波所導致；隨著車身駛?cè)胨淼赖拈L度增加，測點風速在列車車身波作用下緩慢增大至峰值23 m/s（相當于9 級大風）；當初始膨脹波到達測點位置，測點風速開始大幅下降；t=4.500 s 時，頭車鼻錐到達隧道出口，測點風速（主要由車身繞流導致）突然波動后逐漸增大；t=5.676 s 時，尾車鼻錐到達出口，測點風速在列車尾流影響下先減小后增大。

需要指出的是：初始壓縮波誘導形成隧道出口列車風時，列車頭車距離出口尚遠，這意味著在高速磁浮列車通過隧道過程中，不僅需要關(guān)注列車臨近時的氣流流動，還需要高度關(guān)注列車距離很遠時由壓縮波誘導形成的隧道出口列車風；尤其是當隧道較長時，壓縮波誘導形成隧道出口列車風達到峰值與列車到達隧道出口的時間差更大，更需提前預警。下文對頭車到達隧道入口至頭車到達出口這一時間段內(nèi)的隧道出口列車風特性進行研究。

在隧道出口附近布置測點，監(jiān)測列車通過隧道過程中列車風速度的空間分布。首先，對隧道出口不同方位的風速分布進行研究，測點1～5 位于隧道出口平面，坐標如圖9（a）所示；其次，對列車風速度的縱向（x 方向，列車運行方向為正）和橫向（y 方向，垂直于列車運行方向）空間分布進行研究，測點位置如圖9（b）所示（縱向范圍從隧道出口內(nèi)25 m 至隧道出口外25 m，相鄰測點間隔5 m；橫向范圍從軌道中心線至距軌道中心線5 m 處）。目前尚無相關(guān)標準依據(jù)設定測點高度，各測點高度暫設定為1.5 m，對應列車底板高度。

圖9 測點分布Fig.9 Distribution of the measurement points

頭車到達測點1～5 所在的出口平面（t=4.5 s）之前，各測點由壓縮波誘導的風速變化趨勢與幅值基本相同，如圖10所示。這是由于壓縮波在隧道內(nèi)以近似一維波陣面的方式傳播，隧道內(nèi)同一垂直截面上不同方位的壓縮波強度幾乎相同，隧道出口不同方位由壓縮波誘導的列車風速度無明顯差異。

圖11 為軌道中心線（y=0）上測點風速隨時間的變化曲線?？梢钥吹剑侯^車到達隧道出口之前，隧道內(nèi)各測點風速無明顯差異；在隧道出口外，壓縮波向四周擴散，強度降低，隨著隧道外測點與出口距離的增大，由壓縮波誘導形成的列車風速度增幅及峰值均逐漸降低，隧道出口外5 m 處的列車風峰值速度約為20 m/s，25 m 處則已降至9 m/s。對比隧道內(nèi)外測點風速曲線的形狀，可以看到，隧道內(nèi)測點風速呈“兩段式”增長：車頭進入隧道產(chǎn)生的初始壓縮波會導致隧道出口風速驟增；隨著車身繼續(xù)駛?cè)胨淼?，風速緩慢增加至峰值。而隧道外測點風速在初始壓縮波到達后，風速的增長趨勢未有明顯分段，以幾乎不變的增幅增大至峰值。

圖11 軌道中心線上測點風速Fig.11 Wind speed at the measuring points of track center line

對隧道出口外橫向范圍內(nèi)的測點風速進行對比。如圖12所示，從出口外x=5、15 和25 m 的測點風速可以看到，在y <5 m 范圍內(nèi)，風速變化趨勢與峰值相差較小。這一結(jié)果表明，列車高速通過隧道時，在距離軌道中心線5 m 的橫向范圍內(nèi)，壓縮波誘導的隧道出口列車風速度基本保持不變。

圖12 不同y 坐標下的列車風速度對比Fig.12 Comparison of wind speed at different y

圖13 為不同時刻隧道出口附近的速度云圖（z=1.5 m）。t=1.5 s 時，壓縮波到達隧道出口，隧道內(nèi)風速增至7 m/s，此時出口外受壓縮波影響的范圍較小。隨著壓縮波不斷誘導氣流向出口外擴散，t=2.0 s 時，隧道內(nèi)風速增大至約20 m/s，隧道外受壓縮波影響的范圍在橫向上擴大至軌道中心線兩側(cè)10 m 處，縱向上擴大至出口外6 m。t=2.5 s 時，隧道內(nèi)測點風速達到峰值23 m/s，出口外受壓縮波影響的范圍在橫向上無明顯變化，在縱向上則擴大至13 m。從壓縮波到達出口至出口風速達到峰值這一時間段內(nèi)，壓縮波在隧道外僅對出口局部區(qū)域氣流產(chǎn)生影響。這是由于壓縮波在隧道出口外以微氣壓波形式向四周擴散，強度迅速降低，由于不再受限于隧道壁，一段距離后氣流速度迅速降低。

圖13 不同時刻隧道出口的速度云圖Fig.13 Velocity contours at different times near the tunnel exit

3.2 車速對壓縮波誘導隧道出口列車風的影響

由前文分析可知，隧道內(nèi)不同位置的壓縮波強度相同。以隧道出口內(nèi)5 m 處（x=?5 m）軌道中心線上的測點為例，對不同列車運行速度下隧道內(nèi)壓縮波誘導的列車風進行分析（隧道截面積為70 m2，阻塞比為17.04%）。圖14 為頭車到達隧道入口至頭車到達隧道出口這一時間段內(nèi)的風速曲線。

圖14 隧道出口內(nèi)測點風速Fig.14 Wind speed at the measurement points in the tunnel

從圖14 可以看到，3 個速度下的風速曲線變化趨勢基本一致。t=1.47 s 時，初始壓縮波達到測點位置，測點風速突然急劇增大。車速400 km/h 時，壓縮波誘導的列車風峰值速度為23 m/s，相當于9 級大風；車速增至600km/h時，列車風峰值速度高達56 m/s，相當于3 級颶風：車速由400 km/h 增至600 km/h，列車風速度增大了約140%。

圖15 為不同車速下隧道出口外軌道中心線上各測點由壓縮波誘導的列車風峰值速度對比?？梢钥吹剑谒淼莱隹谕? m 處（x=5 m），由壓縮波誘導的列車風速度與隧道內(nèi)的速度大小相近。在隧道出口外縱向25 m 的范圍內(nèi)，壓縮波誘導的列車風速度在不同車速下的降低幅度不同：車速400 km/h 時，列車風峰值速度由20 m/s 降至9 m/s，降低約55.00%；車速500 km/h 時，峰值速度由35 m/s 降至26 m/s，降低約25.71%；車速600km/h時，峰值速度由56 m/s 降至47 m/s，降低約16.07%。隨著車速增大，風速降低幅度逐漸減小。這就意味著，磁浮列車高速通過隧道時，隧道出口外的縱向危險范圍會隨著車速增大而大幅增大。

圖15 隧道出口外測點列車風峰值速度Fig.15 Maximum wind speed at the measurement points outside the tunnel

3.3 隧道阻塞比對壓縮波誘導隧道出口列車風的影響

隧道阻塞比也是影響隧道內(nèi)壓縮波強度的重要因素之一。在隧道截面積為70、90 和110 m2的工況下進行了計算（列車運行速度為600 km/h，列車截面積約為11.93 m2），3 種工況對應的隧道阻塞比分別為17.04%、13.26%和10.82%。以隧道出口內(nèi)5 m處（x=?5 m）的測點為例，對隧道內(nèi)的列車風速度隨阻塞比的變化進行分析，如圖16所示。t=1.47 s 時，初始壓縮波到達隧道出口，t=3.0 s 時，列車頭車到達隧道出口。從這一時間段內(nèi)測點風速的峰值可以看出：在不同阻塞比下，由壓縮波誘導的列車風峰值速度不同，隨著阻塞比增大，測點峰值速度增大，阻塞比增大6.22%，峰值速度由33 m/s 升至56 m/s，增幅高達67%。

圖16 隧道出口內(nèi)測點風速Fig.16 Wind speed at the measurement points in the tunnel

對比不同阻塞比下、隧道出口外軌道中心線上各測點由壓縮波誘導的列車風峰值速度，如圖17所示。可以看到，在縱向25 m 范圍內(nèi)，隨著測點位置逐漸遠離隧道出口，壓縮波誘導的列車風峰值速度逐漸降低，阻塞比越低，峰值速度降幅越大：阻塞比為17.04%時，峰值速度由56 m/s 降至47 m/s，降低約16.07%；阻塞比為13.26%時，峰值速度由37 m/s降至15 m/s，降低約59.46%；阻塞比為10.82%時，峰值速度由28 m/s 降至7 m/s，降低約75.00%。值得注意的是：阻塞比為17.04%時，隧道出口外25 m處測點由壓縮波誘導的列車風峰值速度高達40 m/s，相當于13 級大風，對軌道附近作業(yè)人員和附屬設施存在巨大威脅。

圖17 隧道出口外測點列車風峰值速度Fig.17 Maximum wind speed at the measurement points outside the tunnel

4 結(jié)論

本文針對高速磁浮列車通過隧道過程中由壓縮波誘導的隧道出口列車風開展研究，得到以下結(jié)論：

1）在列車到達隧道出口之前，壓縮波會在隧道出口誘導形成強烈的列車風。初始壓縮波到達隧道出口時，列車風速度突然開始增大，初始膨脹波到達隧道出口時，風速達到峰值并開始下降。

2）在隧道內(nèi)的不同位置，壓縮波誘導的列車風速度隨時間的變化趨勢與幅值基本一致。在隧道出口外縱向25 m 范圍內(nèi)，距隧道出口越遠，由壓縮波誘導的列車風峰值速度越低，在橫向5 m 范圍內(nèi)則基本保持不變。

3）隨著列車運行速度增大，隧道出口處由壓縮波誘導的列車風峰值速度明顯增大。在阻塞比為17.04%工況下，當車速由400 km/h 增至600 km/h，隧道內(nèi)列車風峰值速度由23 m/s 增至56 m/s，隧道外縱向25 m 處峰值速度由9 m/s 增至47 m/s；隨著車速增大，隧道外縱向25m 范圍內(nèi)峰值速度的降幅逐漸減小。

4）隨著阻塞比增大，隧道出口處由壓縮波誘導的列車風峰值速度明顯增大。在車速600km/h工況下，當阻塞比由10.82%增至17.04%，隧道內(nèi)列車風峰值速度由33 m/s 增至56 m/s，隧道外縱向25 m處峰值速度由7 m/s 增至47 m/s；隨著阻塞比增大，隧道外縱向25 m 范圍內(nèi)峰值速度降幅逐漸減小。