20世纪60年代以来,高速铁路在世界发达国家崛起,铁路发展进入了一个崭新阶段。我国也将大规模地进行高速铁路建设。当列车以较高速度通过隧道时,将会在隧道内产生明显的压力波动并在隧道出口产生微压波现象,影响到列车内乘客的舒适性和隧道周围环境。本文以铁道部科技研究开发计划项目《高速铁路隧道空气动力学相关技术的研究与试验测试》和铁道部第二勘测设计院《遂渝铁路时速200公里隧道洞口微压波及缓冲设施研究》为依托,结合我国国情,对隧道空气动力学效应的作用机制和其减缓措施进行研究。 本文采用模型试验和数值模拟相结合的研究方法。模型试验采用西南交大建成的具有世界先进水平的“高速列车模型发射试验台”。数值模拟采用三维粘性、可压缩、等熵、非定常流的Navier—Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,采用大型流体计算分析软件FLUENT进行计算。 高速列车通过无缓冲结构隧道时在隧道内所产生的初始压缩波是导致隧道内压力波动和在隧道出口区域产生的微压波问题的根源所在。通过模型试验和数值计算得出初始压缩波的最大压力值和最大压力梯度值和列车速度、隧道阻塞比、车头长细比之间关系。 通过模型试验和数值计算得出无缓冲结构时隧道出口微压波峰值,并根据微压波评判标准对单线铁路隧道断面积进行优化。 通过数值计算对断面扩大无开口缓冲结构进行研究。得出了缓冲结构长度和断面扩大率对于隧道内初始压缩波的影响,并给出了缓冲结构长度和断面扩大率的优化参数。 通过数值计算对断面扩大开口缓冲结构进行研究。明确了开口型缓冲结构的作用机制。对1倍和2倍隧道水力直径开口缓冲结构的不同开口形式、开口位置及开口率进行了细致研究。给出了1倍和2倍隧道水力直径开口缓冲结构优化的开口位置和开口率。