【摘 要】
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随着地铁车辆车速的提高,其通过隧道时引起的气动问题更加严峻。本文主要对地铁车辆通过隧道时引起的车外压力波动进行试验与仿真研究。以六节车编组的地铁车辆为研究对象,建立了其通过隧道的空气动力学仿真模型。基于三维、非定常、可压缩Navier-Stokes方程,研究了地铁车辆车外压力与车内压力变化规律、车内外压力变化的影响因素、车头流线型对地铁车辆明线运行气动力的影响和隧道内列车风分布规律与特性。研究结果
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随着地铁车辆车速的提高,其通过隧道时引起的气动问题更加严峻。本文主要对地铁车辆通过隧道时引起的车外压力波动进行试验与仿真研究。以六节车编组的地铁车辆为研究对象,建立了其通过隧道的空气动力学仿真模型。基于三维、非定常、可压缩Navier-Stokes方程,研究了地铁车辆车外压力与车内压力变化规律、车内外压力变化的影响因素、车头流线型对地铁车辆明线运行气动力的影响和隧道内列车风分布规律与特性。研究结果表明:（1）地铁车辆尾车车内压力变化规律与头车车内压力变化规律相同,地铁列车车内为完整流域,尾车车内压力受到头车车内压力的影响,车辆头车与尾车车内压力变化存在传递效应。以高速列车车内压力计算公式为基础,提出了适用于计算地铁车辆车内压力的计算公式,并与试验数据进行了对比,发现此方法可以较好地计算地铁车辆头车与尾车车内压力的变化规律。（2）通过一维等熵流动理论建立了车厢静态泄漏模型,提出了带泄漏面积修正系数的车厢内压力计算公式。修正等效泄漏面积后,静态泄漏过程中的车内压力随时间变化的理论值与仿真值吻合;由于头车、中间车流域体积相差较小,二者的车内压力、泄漏出口压力及泄漏出口流量的衰减趋势几乎相同;等效泄漏孔的数量及位置对泄漏过程几乎无影响。（3）降低车速可以有效改善车内的压力,提高人体舒适度。将车速从120 km/h降低至100 km/h后,侧窗所受到的压力最大值将有效降低,可降低20%-30%。地铁车辆车门、车窗与空调处受到的压力与其相对位置有关。距离头车鼻尖越远,车门、车窗与空调收到的最大正压均下降,最大负压均下降。车门与车窗由于位于地铁车辆车身中部,受到隧道壁面影响较大,因此其最大压差下降,而空调位于车顶,壁面影响较小,其最大压差受到影响较小。（4）对列车头型进行了减阻优化,研究了不同头型和流线型长度的地铁车辆通过隧道时车外压力变化规律。通过本文提出的计算方法,计算了车内压力变化规律。发现车内正压力最大值与头车车外压力有关,而车内负压力最大值与透头车和尾车车外压力有关。通过数值方法计算了不同流线型长度和不同气密性指数的地铁车辆通过隧道时的车内压力变化。发现当气密性指数较低（小于1）时,增加流线型长度可以有效地降低地铁车1s和3s内的压力变化幅值;而当气密性指数较高（大于1.5）时,流线型长度的优化效果不明显,但继续增加气密性指数可以有效降低地铁车1s和3s内的压力变化幅值。
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