列車高速行駛的空氣動力學問題列車高速行駛的空氣動力學問題1一、問題的提出1.

1

、軌道交通快速發(fā)展高鐵、客運專線，客運干線，解決城市間的人員輸送問題；城市軌道，市內(nèi)公交體系，滿足市區(qū)內(nèi)的人員出行需求；隨著城市圈的發(fā)展，市域鐵路/市域快軌/市郊鐵路需求增大，特點：

實介車于地鐵與高鐵之間，1動00k模m/h～160km/h，站間距較地鐵大，比客專試小驗，地下～地上交互敷型設實；驗北京、上海、廣州、深圳、東莞、浙江、成都、溫州、廈門等地，120km/h～140km/h的市域鐵路紛紛開始建設，乃至通車。一、問題的提出1.1、軌道交通快速發(fā)展2一、問題的提出1.

2

、設計標準城市軌道執(zhí)行《地鐵設計規(guī)范》，適用設計時速≤100km/h，相關車輛、隧道、限界等標準均有規(guī)可依；高鐵、客運專線執(zhí)行《高速鐵路設計規(guī)范》、《客運專線設計暫行規(guī)定》、《城際鐵路設計規(guī)范》，適用設計時速＞160km/h；速實度車目標值120km/h～1動60模km/h的市域鐵路則沒有相關技術標準試，驗車輛、隧道、舒適型度實等驗相關標準，設計中均無據(jù)可依。一、問題的提出1.2、設計標準3一、問題的提出昆明6號線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡通道門脫落事故；廣州3號線（100km/h）車內(nèi)乘客不舒適；深圳11號線（120km/h）車內(nèi)乘1.

3

、引發(fā)的事故實車動模客不舒適；試向蒲驗鐵路聯(lián)絡通道門脫落型等實。驗一、問題的提出昆明6號線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡通道門脫4二、舒適度標準技術標準的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學方面，需采用大量人群試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出。《地鐵設計規(guī)范》中13.

2.

7

：“當隧道內(nèi)空氣總的壓力變化值超過700Pa時，其壓力變化率不得大于415Pa/s。”

（參照美國《地鐵環(huán)控設計手冊》）二、舒適度標準技術標準的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學5二、舒適度標準國家標準說明日本P＜2500Pa；

Pt

＜200Pa/s可放寬到300－500Pa/s，密封車輛，雙線隧道英國P＜4000Pa/4sP＜2000Pa/4sP＜3500Pa/4s非密封車輛，雙線隧道海峽聯(lián)絡線，非密封車輛，單線隧道海峽聯(lián)絡線，非密封車輛，雙線隧道美國P＜700Pa/1.

7s；

Pt

＜410Pa/s低速通勤列車，非密封車輛德國1000Pa/10s密封車輛，單線隧道法國P＜3000Pa/3sP＜450Pa通過泄壓管道時有個別壓力脈沖通過泄壓管道時有頻繁重復的壓力脈沖意大利P＜1500Pa；

Pt

＜500Pa/s適用于密封車輛中國高鐵P＜3000Pa/3sP＜2000Pa/3sP＜3000Pa/3sP＜800Pa/3s

P＜1250Pa/3s京滬高速鐵路南京長江隧道單線隧道長度占線路比例<10%雙線隧道長度占線路比例<10%單線隧道長度占線路比例>25%雙線隧道長度占線路比例>25%二、舒適度標準國家標準說明日本P＜2500Pa；Pt＜26三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對空氣壓縮、擾動所產(chǎn)生的正負空氣壓力；與列車速度基本一致推進，具有短時間慣性。微壓波：列車裹挾的空氣瞬間碰撞或瞬間釋放所產(chǎn)生的爆破聲波，伴3.

1

、影響舒適度的直接因素—氣壓波、微壓波隨有爆破音，以音速傳播。形象比喻：爆竹爆炸，微壓波就是爆炸聲，氣壓波就是爆炸的氣浪。氣壓波主要會對車內(nèi)人員、站臺門造成傷害；微壓波不但會傷害車內(nèi)人員，損傷站臺門，還會傷害到站臺人員；三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對空氣壓縮、擾動所7三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、編組長度、開門數(shù)量/型式、氣密性指標等。3.

2

、氣壓波影響因素三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、8三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對數(shù)增長；列車編組長度越長氣壓波越強、車尾負壓波越強，一定長度（80～3.

3

、變化關系100m）后峰值趨于穩(wěn)定；隧道斷面越大氣壓波越弱，呈對數(shù)減緩；列車密封指數(shù)越大車內(nèi)氣壓波越弱，呈直線關系；斷面突變越大，微壓波越劇烈，呈對數(shù)增加；中間風井有利于氣壓波泄壓，但會產(chǎn)生微壓波。三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對數(shù)增長；9四、設計關注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車廂；高鐵則為高密封車廂，可達到15s；市域線列車，也應該考慮密封性問題；4.

1

、列車相關問題列車開門數(shù)量、型式：4對、3對、2對，對開塞拉門、單開塞拉門、滑動門；市域鐵路“大站快車”是否有必要開4對門？車載空調(diào)新風口的處理，密封列車應能將新風口密閉；四、設計關注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車10四、設計關注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、漸變段；4.

2

、隧道相關問題盾構(gòu)井處漸變；中間風井泄壓與漸變；聯(lián)絡通道口；存車線、車站隧道斷面漸變；兩車高速交會時的氣動效應劇烈，正壓波迭加、負壓波迭加，尤其是在單洞雙線隧道內(nèi)；四、設計關注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、11四、設計關注的問題站臺門；人防門；聯(lián)絡通道門；4.

3

、軌旁設施其他設施：射流風機、消火栓箱、器材箱、空調(diào)室外機、配電箱、信列車高速越站時，氣壓波對站臺的沖擊問題等；號牌/燈、照明燈具等；4.

4

、對站臺影響四、設計關注的問題站臺門；人防門；聯(lián)絡通道門；4.312五、研究成果-市域鐵路隧道凈空優(yōu)化值單體隧道2km左右，列車進出隧道的氣動效應最強烈；列車在隧道內(nèi)高速（＞120km/h）運行時，氣動效應對斷面的需要大于限界要求；進洞時的氣動效應最強烈，車頭進洞正壓大于出洞車尾負壓；列車編組越多，氣動效應越強烈，超過6輛編組后，增幅平緩；列車加速、減速引起的氣動效應影響很小，可以忽略；高速越站時站臺處隧道斷面突縮帶來氣壓波波動明顯；列車高速通過隧道內(nèi)人防門時，氣壓波動、微壓波效應均較劇烈；五、研究成果-市域鐵路隧道凈空優(yōu)化值單體隧道2km左右，列13隧道洞口緩沖裝置、喇叭口、斜切洞門、導墻，列車尖形車頭，隧道內(nèi)斷面漸變等，緩解微壓波明顯，而對氣壓波影響不大；緩解氣壓波需要更長的隧道斷面漸變。五、研究成果-市域鐵路隧道凈空優(yōu)化值舉例：按壓力變化率410

Pa/s控制，若車頭進洞產(chǎn)生1000

Pa正壓，120

km/h需要

80m長度的漸變段，160

km/h需要108m長度的漸變段；隧道可以采用階梯式變化；A、B型地鐵列車的最優(yōu)隧道凈空斷面面積如下：CRH6型車的最優(yōu)隧道凈空斷面面積如下：隧道洞口緩沖裝置、喇叭口、斜切洞門、導墻，列車尖形車頭，隧14列車高速行駛的空氣動力學問題課件15列車高速行駛的空氣動力學問題列車高速行駛的空氣動力學問題16一、問題的提出1.

1

、軌道交通快速發(fā)展高鐵、客運專線，客運干線，解決城市間的人員輸送問題；城市軌道，市內(nèi)公交體系，滿足市區(qū)內(nèi)的人員出行需求；隨著城市圈的發(fā)展，市域鐵路/市域快軌/市郊鐵路需求增大，特點：

實介車于地鐵與高鐵之間，1動00k模m/h～160km/h，站間距較地鐵大，比客專試小驗，地下～地上交互敷型設實；驗北京、上海、廣州、深圳、東莞、浙江、成都、溫州、廈門等地，120km/h～140km/h的市域鐵路紛紛開始建設，乃至通車。一、問題的提出1.1、軌道交通快速發(fā)展17一、問題的提出1.

2

、設計標準城市軌道執(zhí)行《地鐵設計規(guī)范》，適用設計時速≤100km/h，相關車輛、隧道、限界等標準均有規(guī)可依；高鐵、客運專線執(zhí)行《高速鐵路設計規(guī)范》、《客運專線設計暫行規(guī)定》、《城際鐵路設計規(guī)范》，適用設計時速＞160km/h；速實度車目標值120km/h～1動60模km/h的市域鐵路則沒有相關技術標準試，驗車輛、隧道、舒適型度實等驗相關標準，設計中均無據(jù)可依。一、問題的提出1.2、設計標準18一、問題的提出昆明6號線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡通道門脫落事故；廣州3號線（100km/h）車內(nèi)乘客不舒適；深圳11號線（120km/h）車內(nèi)乘1.

3

、引發(fā)的事故實車動模客不舒適；試向蒲驗鐵路聯(lián)絡通道門脫落型等實。驗一、問題的提出昆明6號線（100km/h）區(qū)間聯(lián)絡通道門脫19二、舒適度標準技術標準的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學方面，需采用大量人群試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出。《地鐵設計規(guī)范》中13.

2.

7

：“當隧道內(nèi)空氣總的壓力變化值超過700Pa時，其壓力變化率不得大于415Pa/s。”

（參照美國《地鐵環(huán)控設計手冊》）二、舒適度標準技術標準的核心問題是人員舒適度，涉及人體衛(wèi)生學20二、舒適度標準國家標準說明日本P＜2500Pa；

Pt

＜200Pa/s可放寬到300－500Pa/s，密封車輛，雙線隧道英國P＜4000Pa/4sP＜2000Pa/4sP＜3500Pa/4s非密封車輛，雙線隧道海峽聯(lián)絡線，非密封車輛，單線隧道海峽聯(lián)絡線，非密封車輛，雙線隧道美國P＜700Pa/1.

7s；

Pt

＜410Pa/s低速通勤列車，非密封車輛德國1000Pa/10s密封車輛，單線隧道法國P＜3000Pa/3sP＜450Pa通過泄壓管道時有個別壓力脈沖通過泄壓管道時有頻繁重復的壓力脈沖意大利P＜1500Pa；

Pt

＜500Pa/s適用于密封車輛中國高鐵P＜3000Pa/3sP＜2000Pa/3sP＜3000Pa/3sP＜800Pa/3s

P＜1250Pa/3s京滬高速鐵路南京長江隧道單線隧道長度占線路比例<10%雙線隧道長度占線路比例<10%單線隧道長度占線路比例>25%雙線隧道長度占線路比例>25%二、舒適度標準國家標準說明日本P＜2500Pa；Pt＜221三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對空氣壓縮、擾動所產(chǎn)生的正負空氣壓力；與列車速度基本一致推進，具有短時間慣性。微壓波：列車裹挾的空氣瞬間碰撞或瞬間釋放所產(chǎn)生的爆破聲波，伴3.

1

、影響舒適度的直接因素—氣壓波、微壓波隨有爆破音，以音速傳播。形象比喻：爆竹爆炸，微壓波就是爆炸聲，氣壓波就是爆炸的氣浪。氣壓波主要會對車內(nèi)人員、站臺門造成傷害；微壓波不但會傷害車內(nèi)人員，損傷站臺門，還會傷害到站臺人員；三、影響舒適度的因素氣壓波：列車高速行駛對空氣壓縮、擾動所22三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、編組長度、開門數(shù)量/型式、氣密性指標等。3.

2

、氣壓波影響因素三、影響舒適度因素行車速度、隧道斷面積及其變化、列車車型、23三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對數(shù)增長；列車編組長度越長氣壓波越強、車尾負壓波越強，一定長度（80～3.

3

、變化關系100m）后峰值趨于穩(wěn)定；隧道斷面越大氣壓波越弱，呈對數(shù)減緩；列車密封指數(shù)越大車內(nèi)氣壓波越弱，呈直線關系；斷面突變越大，微壓波越劇烈，呈對數(shù)增加；中間風井有利于氣壓波泄壓，但會產(chǎn)生微壓波。三、影響舒適度因素列車速度越高氣壓波越劇烈，呈對數(shù)增長；24四、設計關注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車廂；高鐵則為高密封車廂，可達到15s；市域線列車，也應該考慮密封性問題；4.

1

、列車相關問題列車開門數(shù)量、型式：4對、3對、2對，對開塞拉門、單開塞拉門、滑動門；市域鐵路“大站快車”是否有必要開4對門？車載空調(diào)新風口的處理，密封列車應能將新風口密閉；四、設計關注的問題列車密封指數(shù)：常規(guī)的地鐵列車均為低密封車25四、設計關注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、漸變段；4.

2

、隧道相關問題盾構(gòu)井處漸變；中間風井泄壓與漸變；聯(lián)絡通道口；存車線、車站隧道斷面漸變；兩車高速交會時的氣動效應劇烈，正壓波迭加、負壓波迭加，尤其是在單洞雙線隧道內(nèi)；四、設計關注的問題斷面（滿足限界）；洞口處理：緩沖結(jié)構(gòu)、26四、設計關注的問題站臺門；人防門；聯(lián)絡通道門；4.

3

、軌旁設施其他設施：射流風機、消火栓箱、器材箱、空調(diào)室外機、配電箱、信列車高速越站時，氣壓波對站臺的沖擊問題等；號牌/燈、照明燈具等；4.

4

、對站臺影響四、設計關注