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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2021, Vol. 55 Issue (4): 695-703    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2021.04.011
土木工程     
山区高速列车车体动态当量泄漏面积阈值
万有财1(),张雷2,李明2,刘斌2,梅元贵1,*()
1. 兰州交通大学 甘肃省轨道交通力学应用工程实验室，甘肃 兰州 730070
2. 中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 064099
Maximum dynamic equivalent leakage area while high-speed train passing through tunnels
You-cai WAN1(),Lei ZHANG2,Ming LI2,Bin LIU2,Yuan-gui MEI1,*()
1. Gansu Province Engineering Laboratory of Rail Transit Mechanics Application, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China
2. CRRC TANGSHAN Limited Company, Tangshan 064099, China
 全文: PDF(1224 KB)   HTML
摘要：

针对静态气密参数无法真实反映列车过隧道时的气密性能问题和车内压力舒适性问题，基于一维可压缩非定常不等熵流动模型的广义黎曼变量特征线法，数值模拟列车过隧道时的车外压力波动. 对泄漏的空气质量流量进行修正，采用当量泄漏面积法模拟高速列车通过隧道时的车内压力. 以山区高速铁路为背景，研究中国某型号动车组车体动态当量泄漏面积阈值，提出列车符合不同舒适性标准时的动态当量泄漏面积阈值建议. 结果表明：车内压力符合1 000 Pa/10 s标准下的当量泄漏面积更小，列车当量泄漏面积阈值的最小值随着车速的增加而减小，头、尾车和中间车当量泄漏面积阈值的建议值分别为23.2和45.6 cm2.
关键词： 高速列车;  隧道;  压力波;  当量泄漏面积;  一维流动模型    
Abstract:

The external pressure of coaches was simulated based on one-dimensional, compressible, non-homentropic and unsteady flow model and the method of characteristics of generalized Riemann variables aiming at problems of static air tightness parameters being not able to truly reflect air tightness performance and inside pressure comfort when the train passing through tunnels. The leaked air mass flow was corrected, and the equivalent leakage area method was used to obtain the interior pressure while the high-speed train passing through the tunnel. The maximum dynamic equivalent leakage area values of the different coaches were analyzed based on the background of Mountain passenger dedicated line while the pressure inside coaches meeting different comfort standards. The recommended dynamic equivalent leakage area values for the single train meeting different comfort standards at different speeds were given. The dynamic equivalent leakage area is the smallest when the pressure inside cars meets the standard of 1 000 Pa/10 s. The minimum equivalent leakage area values decrease with the increase of train speed. The recommended threshold values of the equivalent leakage area for the first/last and middle coaches are 23.2 cm2 and 45.6 cm2, respectively.
Key words: high-speed train    tunnel    pressure wave    equivalent leakage area    one-dimensional flow model
收稿日期: 2020-05-21 出版日期: 2021-05-07
CLC:  U 271  
基金资助: 中国铁路总公司系统性重大项目（P2018J003）
通讯作者: 梅元贵     E-mail: 18293134923@163.com;meiyuangui@163.com
作者简介: 万有财（1992—），男，博士生，从事列车空气动力学的研究. orcid.org/0000-0002-7307-5949. E-mail： 18293134923@163.com
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万有财
张雷
李明
刘斌
梅元贵

引用本文:

万有财,张雷,李明,刘斌,梅元贵. 山区高速列车车体动态当量泄漏面积阈值[J]. 浙江大学学报(工学版), 2021, 55(4): 695-703.

You-cai WAN,Lei ZHANG,Ming LI,Bin LIU,Yuan-gui MEI. Maximum dynamic equivalent leakage area while high-speed train passing through tunnels. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2021, 55(4): 695-703.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2021.04.011    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2021/V55/I4/695

图 1  等效泄漏模型示意图
图 2  估算车厢当量泄漏面积阈值流程图
图 3  计算车外压力程序验证
类别 L /m S /m2 C /m v /（km·h?1）
动车组 401.4 11.95 12.83 380
隧道 2812 100.0 35.45 ?
表 1  实车试验基本参数
图 4  计算车内压力程序验证
类别 S /m2 C /m Vd /m3 Vp /m3 Vm /m3
动车组 12.10 13.16 4.5 101.0 183.0
隧道 100.0 38.43 ? ? ?
表 2  列车与隧道的基本参数
图 5  单列车过隧道车内外压力波及车内每3 s内最大压力变化量时间历程曲线
图 6  符合不同舒适性标准的当量泄漏面积阈值变化曲线
隧道类型 LTU /km
中长隧道 1.0，2.0
长隧道 3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，10.0
特长隧道 15.0，20.0
表 3  本文数值计算不同长度隧道表
cm2
标准 头车 中间车 尾车
500 Pa/s 127.1 189.4 129.4
800 Pa/3 s 71.0 119.4 71.1
1000 Pa/10 s 33.2 56.3 29.2
表 4  符合不同舒适性标准当量泄漏面积阈值的阈值
图 7  编组长度对当量泄漏面积阈值的影响规律
cm2
编组 头车 中间车 尾车
500 Pa /s 800 Pa /3 s 1000 Pa /10 s 500 Pa /s 800 Pa /3 s 1000 Pa /10 s 500 Pa /s 800 Pa /3 s 1000 Pa /10 s
8 109.4 70.8 32.7 190.6 118.1 51.9 111.9 64.5 26.6
16 106.3 62.4 28.1 179.8 99.2 45.6 106.6 59.7 23.2
表 5  不同编组单列车当量泄漏面积阈值的阈值
图 8  列车速度对当量泄漏面积阈值的影响
cm2
v /（km·h?1） 头车 中间车 尾车
500 Pa /s 800 Pa /3 s 1000 Pa /10 s 500 Pa /s 800 Pa /3 s 1000 Pa /10 s 500 Pa /s 800 Pa /3 s 1000 Pa /10 s
250 231.9 113.5 62.6 441.0 218.7 92.3 238.7 122.6 43.1
300 164.0 85.2 42.3 259.4 153.7 73.4 176.3 93.9 36.6
350 127.1 71.0 33.2 189.4 119.4 56.3 129.4 71.1 29.2
400 106.3 62.4 28.1 179.8 99.2 45.6 106.6 59.7 23.2
表 6  单列16编组列车在不同速度等级下的当量泄漏面积阈值的最小值
图 9  当量泄漏面积阈值随隧道长度的变化曲线
km
v /（km·h?1） LTU /km
基于头车最大正压 基于尾车最大负压
250 1.482 2.890
300 1.345 2.073
350 1.260 1.575
400 1.206 1.242
表 7  不同速度下的最不利隧道长度
cm2
v /
（km·h?1） 		头车 中间车 尾车
500 Pa/s 800 Pa/3 s 1000 Pa/10 s 500 Pa/s 800 Pa/3 s 1000 Pa/10 s 500 Pa/s 800 Pa/3 s 1000 Pa/10 s
250 187.6 96.9 63.9 384.5 190.0 112.9 246.1 130.8 49.7
300 150.0 77.9 47.1 281.8 141.1 73.1 194.2 98.1 36.1
350 124.8 66.8 43.7 223.1 114.0 76.5 140.2 67.4 35.6
400 103.7 60.2 47.3 185.3 99.8 74.2 109.5 56.5 33.7
表 8  最不利隧道长度下的当量泄漏面积阈值的最小值
cm2
v /
（km·h?1） 		头/尾车 中间车
500
Pa/s 		800
Pa/3 s 		1000
Pa/10 s 		500
Pa/s 		800
Pa/3 s 		1000
Pa/10 s
250 187.6 96.9 43.1 384.5 190.0 92.3
300 150.0 77.9 36.1 259.4 141.1 73.1
350 124.8 66.8 29.2 189.4 114.0 56.3
400 103.7 56.5 23.2 179.8 99.2 45.6
表 9  当量泄漏面积的建议值
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