列車高速行駛的空氣動(dòng)力學(xué)問題課件

列車高速行駛的空氣動(dòng)力學(xué)問題列車高速行駛的空氣動(dòng)力學(xué)問題1一、問題的提出1.

1

、軌道交通快速發(fā)展高鐵、客運(yùn)專線，客運(yùn)干線，解決城市間的人員輸送問題；城市軌道，市內(nèi)公交體系，滿足市區(qū)內(nèi)的人員出行需求；隨著城市圈的發(fā)展，市域鐵路/市域快軌/市郊鐵路需求增大，特點(diǎn)：

實(shí)介車于地鐵與高鐵之間，1動(dòng)00k模m/h～160km/h，站間距較地鐵大，比客專試小驗(yàn)，地下～地上交互敷型設(shè)實(shí)；驗(yàn)北京、上海、廣州、深圳、東莞、浙江、成都、溫州、廈門等地，120km/h～140km/h的市域鐵路紛紛開始建設(shè)，乃至通車。一、問題的提出1.1、軌道交通快速發(fā)展2一、問題的提出1.

2

、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)城市軌道執(zhí)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，適用設(shè)計(jì)時(shí)速≤100km/h，相關(guān)車輛、隧道、限界等標(biāo)準(zhǔn)均有規(guī)可依；高鐵、客運(yùn)專線執(zhí)行《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》、《客運(yùn)專線設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，適用設(shè)計(jì)時(shí)速＞160km/h；速實(shí)度車目標(biāo)值120km/h～1動(dòng)60模km/h的市域鐵路則沒有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試，驗(yàn)車輛、隧道、舒適型度實(shí)等驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)中均無據(jù)可依。一、問題的提出1.2、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)3一、問題的提出昆明6號(hào)線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道門脫落事故；廣州3號(hào)線（100km/h）車內(nèi)乘客不舒適；深圳11號(hào)線（120km/h）車內(nèi)乘1.

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、引發(fā)的事故實(shí)車動(dòng)?？筒皇孢m；試向蒲驗(yàn)鐵路聯(lián)絡(luò)通道門脫落型等實(shí)。驗(yàn)一、問題的提出昆明6號(hào)線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道門脫4二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學(xué)方面，需采用大量人群試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》中13.

2.

7

：“當(dāng)隧道內(nèi)空氣總的壓力變化值超過700Pa時(shí)，其壓力變化率不得大于415Pa/s?！?/p>

（參照美國《地鐵環(huán)控設(shè)計(jì)手冊(cè)》）二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學(xué)5二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)說明日本P＜2500Pa；

Pt

＜200Pa/s可放寬到300－500Pa/s，密封車輛，雙線隧道英國P＜4000Pa/4sP＜2000Pa/4sP＜3500Pa/4s非密封車輛，雙線隧道海峽聯(lián)絡(luò)線，非密封車輛，單線隧道海峽聯(lián)絡(luò)線，非密封車輛，雙線隧道美國P＜700Pa/1.

7s；

Pt

＜410Pa/s低速通勤列車，非密封車輛德國1000Pa/10s密封車輛，單線隧道法國P＜3000Pa/3sP＜450Pa通過泄壓管道時(shí)有個(gè)別壓力脈沖通過泄壓管道時(shí)有頻繁重復(fù)的壓力脈沖意大利P＜1500Pa；

Pt

＜500Pa/s適用于密封車輛中國高鐵P＜3000Pa/3sP＜2000Pa/3sP＜3000Pa/3sP＜800Pa/3s

P＜1250Pa/3s京滬高速鐵路南京長江隧道單線隧道長度占線路比例<10%雙線隧道長度占線路比例<10%單線隧道長度占線路比例>25%雙線隧道長度占線路比例>25%二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)說明日本P＜2500Pa；Pt＜26三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對(duì)空氣壓縮、擾動(dòng)所產(chǎn)生的正負(fù)空氣壓力；與列車速度基本一致推進(jìn)，具有短時(shí)間慣性。微壓波：列車裹挾的空氣瞬間碰撞或瞬間釋放所產(chǎn)生的爆破聲波，伴3.

1

、影響舒適度的直接因素—?dú)鈮翰?、微壓波隨有爆破音，以音速傳播。形象比喻：爆竹爆炸，微壓波就是爆炸聲，氣壓波就是爆炸的氣浪。氣壓波主要會(huì)對(duì)車內(nèi)人員、站臺(tái)門造成傷害；微壓波不但會(huì)傷害車內(nèi)人員，損傷站臺(tái)門，還會(huì)傷害到站臺(tái)人員；三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對(duì)空氣壓縮、擾動(dòng)所7三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、編組長度、開門數(shù)量/型式、氣密性指標(biāo)等。3.

2

、氣壓波影響因素三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、8三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對(duì)數(shù)增長；列車編組長度越長氣壓波越強(qiáng)、車尾負(fù)壓波越強(qiáng)，一定長度（80～3.

3

、變化關(guān)系100m）后峰值趨于穩(wěn)定；隧道斷面越大氣壓波越弱，呈對(duì)數(shù)減緩；列車密封指數(shù)越大車內(nèi)氣壓波越弱，呈直線關(guān)系；斷面突變?cè)酱螅翰ㄔ絼×?，呈?duì)數(shù)增加；中間風(fēng)井有利于氣壓波泄壓，但會(huì)產(chǎn)生微壓波。三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對(duì)數(shù)增長；9四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車廂；高鐵則為高密封車廂，可達(dá)到15s；市域線列車，也應(yīng)該考慮密封性問題；4.

1

、列車相關(guān)問題列車開門數(shù)量、型式：4對(duì)、3對(duì)、2對(duì)，對(duì)開塞拉門、單開塞拉門、滑動(dòng)門；市域鐵路“大站快車”是否有必要開4對(duì)門？車載空調(diào)新風(fēng)口的處理，密封列車應(yīng)能將新風(fēng)口密閉；四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車10四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、漸變段；4.

2

、隧道相關(guān)問題盾構(gòu)井處漸變；中間風(fēng)井泄壓與漸變；聯(lián)絡(luò)通道口；存車線、車站隧道斷面漸變；兩車高速交會(huì)時(shí)的氣動(dòng)效應(yīng)劇烈，正壓波迭加、負(fù)壓波迭加，尤其是在單洞雙線隧道內(nèi)；四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、11四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題站臺(tái)門；人防門；聯(lián)絡(luò)通道門；4.

3

、軌旁設(shè)施其他設(shè)施：射流風(fēng)機(jī)、消火栓箱、器材箱、空調(diào)室外機(jī)、配電箱、信列車高速越站時(shí)，氣壓波對(duì)站臺(tái)的沖擊問題等；號(hào)牌/燈、照明燈具等；4.

4

、對(duì)站臺(tái)影響四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題站臺(tái)門；人防門；聯(lián)絡(luò)通道門；4.312五、研究成果-市域鐵路隧道凈空優(yōu)化值單體隧道2km左右，列車進(jìn)出隧道的氣動(dòng)效應(yīng)最強(qiáng)烈；列車在隧道內(nèi)高速（＞120km/h）運(yùn)行時(shí)，氣動(dòng)效應(yīng)對(duì)斷面的需要大于限界要求；進(jìn)洞時(shí)的氣動(dòng)效應(yīng)最強(qiáng)烈，車頭進(jìn)洞正壓大于出洞車尾負(fù)壓；列車編組越多，氣動(dòng)效應(yīng)越強(qiáng)烈，超過6輛編組后，增幅平緩；列車加速、減速引起的氣動(dòng)效應(yīng)影響很小，可以忽略；高速越站時(shí)站臺(tái)處隧道斷面突縮帶來氣壓波波動(dòng)明顯；列車高速通過隧道內(nèi)人防門時(shí)，氣壓波動(dòng)、微壓波效應(yīng)均較劇烈；五、研究成果-市域鐵路隧道凈空優(yōu)化值單體隧道2km左右，列13隧道洞口緩沖裝置、喇叭口、斜切洞門、導(dǎo)墻，列車尖形車頭，隧道內(nèi)斷面漸變等，緩解微壓波明顯，而對(duì)氣壓波影響不大；緩解氣壓波需要更長的隧道斷面漸變。五、研究成果-市域鐵路隧道凈空優(yōu)化值舉例：按壓力變化率410

Pa/s控制，若車頭進(jìn)洞產(chǎn)生1000

Pa正壓，120

km/h需要

80m長度的漸變段，160

km/h需要108m長度的漸變段；隧道可以采用階梯式變化；A、B型地鐵列車的最優(yōu)隧道凈空斷面面積如下：CRH6型車的最優(yōu)隧道凈空斷面面積如下：隧道洞口緩沖裝置、喇叭口、斜切洞門、導(dǎo)墻，列車尖形車頭，隧14列車高速行駛的空氣動(dòng)力學(xué)問題課件15列車高速行駛的空氣動(dòng)力學(xué)問題列車高速行駛的空氣動(dòng)力學(xué)問題16一、問題的提出1.

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、軌道交通快速發(fā)展高鐵、客運(yùn)專線，客運(yùn)干線，解決城市間的人員輸送問題；城市軌道，市內(nèi)公交體系，滿足市區(qū)內(nèi)的人員出行需求；隨著城市圈的發(fā)展，市域鐵路/市域快軌/市郊鐵路需求增大，特點(diǎn)：

實(shí)介車于地鐵與高鐵之間，1動(dòng)00k模m/h～160km/h，站間距較地鐵大，比客專試小驗(yàn)，地下～地上交互敷型設(shè)實(shí)；驗(yàn)北京、上海、廣州、深圳、東莞、浙江、成都、溫州、廈門等地，120km/h～140km/h的市域鐵路紛紛開始建設(shè)，乃至通車。一、問題的提出1.1、軌道交通快速發(fā)展17一、問題的提出1.

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、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)城市軌道執(zhí)行《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，適用設(shè)計(jì)時(shí)速≤100km/h，相關(guān)車輛、隧道、限界等標(biāo)準(zhǔn)均有規(guī)可依；高鐵、客運(yùn)專線執(zhí)行《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》、《客運(yùn)專線設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》、《城際鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，適用設(shè)計(jì)時(shí)速＞160km/h；速實(shí)度車目標(biāo)值120km/h～1動(dòng)60模km/h的市域鐵路則沒有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)試，驗(yàn)車輛、隧道、舒適型度實(shí)等驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)中均無據(jù)可依。一、問題的提出1.2、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)18一、問題的提出昆明6號(hào)線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道門脫落事故；廣州3號(hào)線（100km/h）車內(nèi)乘客不舒適；深圳11號(hào)線（120km/h）車內(nèi)乘1.

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、引發(fā)的事故實(shí)車動(dòng)?？筒皇孢m；試向蒲驗(yàn)鐵路聯(lián)絡(luò)通道門脫落型等實(shí)。驗(yàn)一、問題的提出昆明6號(hào)線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道門脫19二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學(xué)方面，需采用大量人群試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》中13.

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：“當(dāng)隧道內(nèi)空氣總的壓力變化值超過700Pa時(shí)，其壓力變化率不得大于415Pa/s?！?/p>

（參照美國《地鐵環(huán)控設(shè)計(jì)手冊(cè)》）二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學(xué)20二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)說明日本P＜2500Pa；

Pt

＜200Pa/s可放寬到300－500Pa/s，密封車輛，雙線隧道英國P＜4000Pa/4sP＜2000Pa/4sP＜3500Pa/4s非密封車輛，雙線隧道海峽聯(lián)絡(luò)線，非密封車輛，單線隧道海峽聯(lián)絡(luò)線，非密封車輛，雙線隧道美國P＜700Pa/1.

7s；

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＜410Pa/s低速通勤列車，非密封車輛德國1000Pa/10s密封車輛，單線隧道法國P＜3000Pa/3sP＜450Pa通過泄壓管道時(shí)有個(gè)別壓力脈沖通過泄壓管道時(shí)有頻繁重復(fù)的壓力脈沖意大利P＜1500Pa；

Pt

＜500Pa/s適用于密封車輛中國高鐵P＜3000Pa/3sP＜2000Pa/3sP＜3000Pa/3sP＜800Pa/3s

P＜1250Pa/3s京滬高速鐵路南京長江隧道單線隧道長度占線路比例<10%雙線隧道長度占線路比例<10%單線隧道長度占線路比例>25%雙線隧道長度占線路比例>25%二、舒適度標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)說明日本P＜2500Pa；Pt＜221三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對(duì)空氣壓縮、擾動(dòng)所產(chǎn)生的正負(fù)空氣壓力；與列車速度基本一致推進(jìn)，具有短時(shí)間慣性。微壓波：列車裹挾的空氣瞬間碰撞或瞬間釋放所產(chǎn)生的爆破聲波，伴3.

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、影響舒適度的直接因素—?dú)鈮翰?、微壓波隨有爆破音，以音速傳播。形象比喻：爆竹爆炸，微壓波就是爆炸聲，氣壓波就是爆炸的氣浪。氣壓波主要會(huì)對(duì)車內(nèi)人員、站臺(tái)門造成傷害；微壓波不但會(huì)傷害車內(nèi)人員，損傷站臺(tái)門，還會(huì)傷害到站臺(tái)人員；三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對(duì)空氣壓縮、擾動(dòng)所22三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、編組長度、開門數(shù)量/型式、氣密性指標(biāo)等。3.

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、氣壓波影響因素三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、23三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對(duì)數(shù)增長；列車編組長度越長氣壓波越強(qiáng)、車尾負(fù)壓波越強(qiáng)，一定長度（80～3.

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、變化關(guān)系100m）后峰值趨于穩(wěn)定；隧道斷面越大氣壓波越弱，呈對(duì)數(shù)減緩；列車密封指數(shù)越大車內(nèi)氣壓波越弱，呈直線關(guān)系；斷面突變?cè)酱?，微壓波越劇烈，呈?duì)數(shù)增加；中間風(fēng)井有利于氣壓波泄壓，但會(huì)產(chǎn)生微壓波。三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對(duì)數(shù)增長；24四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車廂；高鐵則為高密封車廂，可達(dá)到15s；市域線列車，也應(yīng)該考慮密封性問題；4.

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、列車相關(guān)問題列車開門數(shù)量、型式：4對(duì)、3對(duì)、2對(duì)，對(duì)開塞拉門、單開塞拉門、滑動(dòng)門；市域鐵路“大站快車”是否有必要開4對(duì)門？車載空調(diào)新風(fēng)口的處理，密封列車應(yīng)能將新風(fēng)口密閉；四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車25四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、漸變段；4.

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、隧道相關(guān)問題盾構(gòu)井處漸變；中間風(fēng)井泄壓與漸變；聯(lián)絡(luò)通道口；存車線、車站隧道斷面漸變；兩車高速交會(huì)時(shí)的氣動(dòng)效應(yīng)劇烈，正壓波迭加、負(fù)壓波迭加，尤其是在單洞雙線隧道內(nèi)；四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、26四、設(shè)計(jì)關(guān)注的問題站臺(tái)門；人防門；聯(lián)絡(luò)通道門；4.

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、軌旁設(shè)施其他設(shè)施：射流風(fēng)機(jī)、消火栓箱、器材箱、空調(diào)室外機(jī)、配電箱、信列車高速越站時(shí)，氣壓波對(duì)站臺(tái)的沖擊問題等；號(hào)牌/燈、照明燈具等；4.

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、對(duì)站臺(tái)影響四、設(shè)計(jì)關(guān)注