1、列车高速行驶的空气动力学问题列车高速行驶的空气动力学问题一、问题的提出一、问题的提出1.1、轨道交通快速发展、轨道交通快速发展1高铁、客运专线，客运干线，解决城市间的人员输送问题；2城市轨道，市内公交体系，满足市区内的人员出行需求；3随着城市圈的发展，市域铁路/市域快轨/市郊铁路需求增大，特点：实介车于地铁与高铁之间，1动00k模m/h160km/h，站间距较地铁大，比客专 试小验，地下地上交互敷型设实；验4北京、上海、广州、深圳、东莞、浙江、成都、温州、厦门等地，120km/h140km/h的市域铁路纷纷开始建设，乃至通车。一、问题的提出一、问题的提出1.2、设计标准、设计标准1城市轨道执行
2、地铁设计规范，适用设计时速100km/h，相关车辆、隧道、限界等标准均有规可依；2高铁、客运专线执行高速铁路设计规范、客运专线设计暂行规 定、城际铁路设计规范，适用设计时速160km/h；速速实度度车目标值目标值120km/h1动60模km/h的市域铁路则没有相关技术标的市域铁路则没有相关技术标 准准试，验车辆、隧道、舒车辆、隧道、舒适适型度度实等等验相关标准，设计中均无据可依。相关标准，设计中均无据可依。一、问题的提出一、问题的提出昆明6号线（100km/h）区间联络通道门脱落事故；广州3号线（100km/h）车内乘客不舒适；深圳11号线（120km/h）车内乘1.3、引发的事故、引发的事故
3、实车动模客不舒适；试向蒲验铁路联络通道门脱落型等实。验二、舒适度标准二、舒适度标准技术标准的核心问题是人员舒适度，涉及人体卫生学方面，技术标准的核心问题是人员舒适度，涉及人体卫生学方面，需采用大量人群试验统计数据得出。需采用大量人群试验统计数据得出。地铁设计规范中13.2.7：“当隧道内空气总的压力变化值超过 700Pa时，其压力变化率不得大于415Pa/s。”（参照美国地铁环控设 计手册）二、舒适度标准二、舒适度标准国家国家标准标准说明说明日本P2500Pa；Pt 200Pa/s可放宽到300500Pa/s，密封车辆，双线隧道英国P4000Pa/4sP2000Pa/4s P3500Pa/4s
4、非密封车辆，双线隧道海峡联络线，非密封车辆，单线隧道 海峡联络线，非密封车辆，双线隧道美国P700Pa/1.7s；Pt 410Pa/s低速通勤列车，非密封车辆德国1000Pa/10s密封车辆，单线隧道法国P3000Pa/3sP450Pa通过泄压管道时有个别压力脉冲通过泄压管道时有频繁重复的压力脉冲意大利P1500Pa；Pt 500Pa/s适用于密封车辆中国 高铁P3000Pa/3sP2000Pa/3s P3000Pa/3s P800Pa/3s P1250Pa/3s京沪高速铁路南京长江隧道单线隧道长度占线路比例10%双线隧道长度占线路比例25%双线隧道长度占线路比例25%三、影响舒适度的因素三、
5、影响舒适度的因素气压波：列车高速行驶对空气压缩、扰动所产生的正负空气压力；与列车速度基本一致推进，具有短时间惯性。微压波：列车裹挟的空气瞬间碰撞或瞬间释放所产生的爆破声波，伴3.1、影响舒适度的直接因素、影响舒适度的直接因素气压波、微压波气压波、微压波随有爆破音，以音速传播。形象比喻：爆竹爆炸，微压形象比喻：爆竹爆炸，微压波波就是就是爆爆炸声炸声，气压波气压波就就是爆是爆炸炸的气浪的气浪。气压波主要会对车内人员、站台门造成伤害；微压波不但会伤害车内人员，损伤站台门，还会伤害到站台人员；三、影响舒适度因素三、影响舒适度因素行车速度、隧道断面积及其变化、列车车型、编组长度、开门数量/型式、气密性指
6、标等。3.2、气压波影响因素、气压波影响因素三、影响舒适度因素三、影响舒适度因素列车速度越高气压波越剧烈，呈对数增长；列车编组长度越长气压波越强、车尾负压波越强，一定长度（803.3、变化关、变化关系系100m）后峰值趋于稳定；隧道断面越大气压波越弱，呈对数减缓；列车密封指数越大车内气压波越弱，呈直线关系；断面突变越大，微压波越剧烈，呈对数增加；中间风井有利于气压波泄压，但会产生微压波。四、设计关注的问题四、设计关注的问题列车密封指数：常规的地铁列车均为低密封车厢；高铁则为高密封车厢，可达到15s；市域线列车，也应该考虑密封性问题；4.1、列车相关问题、列车相关问题列车开门数量、型式：4对、3
7、对、2对，对开塞拉门、单开塞拉门、滑动门；市域铁路“大站快车”是否有必要开4对门？车载空调新风口的处理，密封列车应能将新风口密闭；四、设计关注的问题四、设计关注的问题断面（满足限界）；洞口处理：缓冲结构、渐变段；4.2、隧道相关问题、隧道相关问题盾构井处渐变；中间风井泄压与渐变；联络通道口；存车线、车站隧道断面渐变；两车高速交会时的气动效应剧烈，正压波迭加、负压波迭加，尤其是在单洞双线隧道内；四、设计关注的问题四、设计关注的问题站台门；人防门；联络通道门；4.3、轨旁设、轨旁设施施其他设施：射流风机、消火栓箱、器材箱、空调室外机、配电箱、信列车高速越站时，气压波对站台的冲击问题等；号牌/灯、照
8、明灯具等；4.4、对站台影响、对站台影响五、五、研究成果研究成果-市域铁路隧道净市域铁路隧道净空空优优化值化值单体隧道单体隧道2km左左右右，列车，列车进进出隧出隧道道的气的气动动效应最效应最强强烈；烈；列车在隧道内高速（列车在隧道内高速（120km/h）运行时）运行时，气动气动效效应对断应对断面面的需的需要要大于大于限限界要求；进洞时的气动效应界要求；进洞时的气动效应最最强烈强烈，车头车头进进洞正压洞正压大大于出于出洞洞车尾负车尾负压；压；列车编组越多，气动效应越列车编组越多，气动效应越强强烈，烈，超超过过6辆编组辆编组后后，增，增幅幅平缓平缓；列车加速、减速引起的气动列车加速、减速引起的气
9、动效效应影应影响响很小很小，可以忽可以忽略；略；高速越站时站台处隧道断面高速越站时站台处隧道断面突突缩带缩带来来气压气压波波波动明波动明显显；列；列车车高速通高速通过过隧隧道道内人防门时，气压波动、微内人防门时，气压波动、微压压波效波效应应均较均较剧剧烈；烈；隧道洞口缓冲装置、喇叭口隧道洞口缓冲装置、喇叭口、斜切斜切洞洞门、门、导导墙，列墙，列车车尖形尖形车车头，隧头，隧道道内内断断面渐变等，缓解微压波明显面渐变等，缓解微压波明显，而对而对气气压波压波影影响不大；响不大；缓解气压波需要更长的隧道缓解气压波需要更长的隧道断断面渐面渐变。变。五、五、研究成果研究成果-市域铁路隧道净市域铁路隧道净空空优优化值化值举例：按压力变化率举例：按压力变化率410 Pa/s控制，若车头控制，若车头进进洞产洞产生生1000 Pa正压正压，120 km/h需需要要 80m长度的渐变段，长度的渐变段，160 km/h需要需要108m长度长度的的渐变段渐变段；隧道隧道可可以采以采 用阶梯式变化用阶梯式变化；A、B型地铁列车的型地铁列车的最最优隧道优隧道净净空断空断面面面积如面积如下：下：CRH6型车的型车的最最优隧优隧道道净空断净空断面面面积面积如如下下：
