高速列车驶入隧道产生初始压缩波,压缩波以音速传播至隧道出口处向外辐射形成压力脉冲波,影响居民的心理健康,带来了严重的环境问题。隧道微气压波与隧道出口端内压缩波梯度成正比,而列车头部驶入隧道的初始压缩波最大梯度与列车速度的3次方近似成正比,因此,在隧道洞口设置缓冲结构可大幅度降低初始压缩波的最大梯度值,是控制和消除微气压波危害的主要措施之一。本文采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST-kω湍流模型,基于有限体积法和重叠网格法,在研究未设缓冲结构初始压缩波基本特征的基础上,研究400 km/h条件下等截面无开孔扩大型缓冲结构对初始压缩波波形和压力梯度的影响规律,并比较不同缓冲结构断面面积与隧道断面面积比值对压缩波波形和降低压力梯度的影响规律,以期为400 km/h隧道缓冲结构的设计提供基础。

通过建立隧道-列车-空气三维CFD数值仿真模型,研究了帽檐斜切式隧道洞门对列车通过隧道时的流场特性的影响,得出了高速列车通过隧道时洞门斜切斜率和列车运行速度对隧道中部监测点压力波变化、列车车头鼻尖处压力变化和隧道口外40 m处微压波的影响规律。研究结果表明随着隧道洞门斜切率的减小,隧道中部监测点压力波和列车车头鼻尖处压力的变化趋势基本保持一致,并且压力幅值几乎不变;而隧道口外的微压波幅值显著降低。当列车运行速度从250 km/h增加到350 km/h时,隧道中部监测点压力波、列车车头鼻尖处压力最大值及微压波幅值随车速增加而增加,且初始压缩波峰值、负压幅值和车头鼻尖处压力幅值与车速的二次方成正相关;初始压缩波的瞬变压力梯度最大值与车速的三次方成正相关。

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-ω湍流模型,探索时速600 km/h高速磁浮列车流线型头部拱形结构参数对列车与隧道耦合气动特性的影响。分析单拱、双拱和三拱3种不同拱形结构列车穿越隧道时车体表面压力、初始压缩波、微气压波和气动升力。研究结果表明头车拱形结构能有效改善高速磁悬浮列车的空气动力学参数,拱形结构参数对车体表面及隧道壁面最大压力峰值的影响较小,但对隧道内初始压缩波的影响较为明显,相比单拱磁悬浮列车,双拱磁悬浮列车和三拱磁悬浮列车通过隧道时,隧道内初始压缩波压力梯度分别减少5.67%和8.75%;磁悬浮列车拱形结构的增加对隧道出口的微气压波幅值也有缓解作用,相较单拱磁悬浮列车距隧道出口20 m处的微气压波峰值,双拱和三拱磁悬浮列车微气压波峰值分别减少10.9%和14.0%,相较单拱磁悬浮列车...