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谐振腔结构减缓高速磁浮列车隧道出口微气压波研究

宋军浩 姚拴宝 陈大伟 丁叁叁 杨明智

宋军浩, 姚拴宝, 陈大伟, 等. 谐振腔结构减缓高速磁浮列车隧道出口微气压波研究[J]. 实验流体力学, 2023, 37(3): 1-8 doi: 10.11729/syltlx20220114
引用本文: 宋军浩, 姚拴宝, 陈大伟, 等. 谐振腔结构减缓高速磁浮列车隧道出口微气压波研究[J]. 实验流体力学, 2023, 37(3): 1-8 doi: 10.11729/syltlx20220114
SONG J H, YAO S B, CHEN D W, et al. Mitigation of micro-pressure wave at high-speed maglev tunnel exit by resonant cavity structure[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(3): 1-8 doi: 10.11729/syltlx20220114
Citation: SONG J H, YAO S B, CHEN D W, et al. Mitigation of micro-pressure wave at high-speed maglev tunnel exit by resonant cavity structure[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(3): 1-8 doi: 10.11729/syltlx20220114

谐振腔结构减缓高速磁浮列车隧道出口微气压波研究

doi: 10.11729/syltlx20220114
基金项目: 山东省重点研发计划项目(重大科技创新工程)(2020CXGC010202),中国中车股份有限公司科技研究开发计划项目(2020CYB110,2022CYB199)
详细信息
    作者简介:

    宋军浩:(1985-),男,山东威海人,博士,高级工程师。研究方向:列车空气动力学。通信地址:山东省青岛市城阳区锦宏东路88号国家工程技术研究中心(266111)。E-mail:songjunhao@cqsf.com

    通讯作者:

    E-mail:songjunhao@cqsf. com

  • 中图分类号: U25

Mitigation of micro-pressure wave at high-speed maglev tunnel exit by resonant cavity structure

  • 摘要: 在高速磁浮列车通过隧道过程中,受隧道内壁面和车体表面形成的环状空间限制,列车头部前方气流受到压缩,在隧道入口形成初始压缩波。初始压缩波在隧道内以当地声速传播至隧道另一端出口,部分能量以脉冲形式向外辐射,形成微气压波,严重影响隧道出口附近环境。当高速磁浮列车速度达到600 km/h以上时,这一问题更加显著。为此,提出一种具有谐振腔结构的隧道,采用三维、非定常、可压缩N–S方程和SST kω湍流模型研究其对高速磁浮列车通过隧道的气动效应减缓特性,并对2种谐振腔方案的减缓效果进行了数值模拟和动模型试验验证。研究结果表明:在隧道内冗余空间安装谐振腔结构,可以耗散压缩波能量,减小压缩波压力梯度,对隧道出口微气压波现象有明显减缓作用;与无谐振腔结构的隧道相比,谐振腔结构对隧道出口20和50 m处微气压波的减缓效果分别为41.87%和40.15%;微气压波减缓效果与隧道内谐振腔数量成线性关系;动模型试验进一步验证了数值模拟方法优选方案的准确性,不同速度试验结果表明微气压波减缓效果与运行速度正相关。
  • 图  1  高速磁浮列车计算模型

    Figure  1.  High-speed maglev train model

    图  2  隧道内谐振腔结构

    Figure  2.  Resonators in the tunnel

    图  3  计算区域

    Figure  3.  Computational domain

    图  4  计算模型体网格

    Figure  4.  Volume mesh of simulation model

    图  5  隧道内壁面压力测点和隧道出口微气压波测点示意图

    Figure  5.  Distribution of monitoring points on tunnel wall and at the entrance

    图  6  不同方案下隧道内壁表面压力波特性

    Figure  6.  Propagation characteristics of pressure waves in different schemes

    图  7  隧道内初始压缩波的压力梯度变化曲线

    Figure  7.  Pressure gradient curve of initial compressive wave in the tunnel

    图  8  不同谐振腔数量对隧道出口微气压波的减缓效果

    Figure  8.  Alleviative effect of different number of resonators on the micro-pressure wave at the tunnel exit

    图  9  动模型试验平台系统

    Figure  9.  Moving model rig system

    图  10  动模型试验和数值模拟结果对比

    Figure  10.  Comparison of moving model rig test and numerical simulation results

    图  11  不同速度条件下的微气压波幅值

    Figure  11.  Micro-pressure wave amplitude under different speed conditions

    表  1  不同方案下的微气压波幅值

    Table  1.   Amplitudes of tunnel portal micro-pressure waves in different schemes

    与隧道出口
    距离/m
    原始隧道微气压波
    幅值/Pa
    方案1微气压波
    幅值/Pa
    方案2微气压波
    幅值/Pa
    101392939794
    20898589522
    50387259232
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-01
  • 修回日期:  2023-03-20
  • 录用日期:  2023-03-23
  • 刊出日期:  2023-06-25

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    2021年8月13日