[发明专利]求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法

权利要求书

1.一种求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述方法包括：

对隧道内的空气动力效应采用一维特征线法模拟，隧道出口及隧道群两相邻隧道间的流场计算采用三维可压缩SIMPLE算法模拟；

对上述两种算法所得结果，在远离隧道口、三维效应可以忽略的位置进行数据交换，模拟并得到隧道内流场的空气压力变化和隧道出口的微气压波。

2.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述一维特征线法模拟的方法包括：

将列车/隧道耦合空气动力问题简化为可压缩、非定常、不等熵的一维流动来处理；在控制方程中将隧道内空气流动有效截面积作为时间和距离的二元函数。

3.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述一维特征线法模拟的方法包括采用非定常可压缩不等熵模型并对该模型进行如下简化：

列车在隧道内的运行过程简化为圆柱形列车在圆柱形隧道内的运行过程，并将隧道内空气流动有效截面积看作是时间和距离的二元函数；

对实际列车三维流线型头部外形截取多个截面得到实际面积，将各截面面积及其距列车鼻尖距离作为计算参数输入，然后采用拉格朗日插值得到计算所需的列车流线型头部任意截面的面积参数。

4.根据权利要求3所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述对非定常可压缩不等熵模型进行的简化还包括：

对碎石道床隧道的计算，添加了线性阻抗+孔隙模型。

5.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述隧道出口及隧道群两相邻隧道间的流场计算的方法包括：

采用k-ε两方程湍流模型中的标准k-ε湍流模型建立三维数学模型，并对该三维数学模型进行物理空间与计算空间的转换，最后基于非正交曲线坐标系下求解可压缩SIMPLE算法。

6.根据权利要求5所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，

其特征在于所述隧道出口及隧道群两相邻隧道间的流场计算的方法进一步包括：

在该三维数学模型中的对流-扩散方程中的扩散项采用具有二阶精度的中心差分格式，对流项离散的差分格式采用具有二阶精度的QUICK格式。

7.根据权利要求5所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于三维数学模型中的三维分区算法采用块结构化网格中的对接网格，该对接网格包括先划分无重叠的子区域，然后各子区域根据格式精度的要求向外延拓，其中延拓部分为内边界。

8.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述方法进一步包括：

在对隧道出口三维流场进行计算时，建立三维任意曲线坐标系下基于有限体积法的离散控制方程，采用可压缩流体的SIMPLE算法对隧道出口流场进行求解，并在边界处给出基于黎曼不变量的无反射边界条件。

9.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述数据交换包括：

在隧道内三维效应可以忽略的位置建立所述两种算法的数据交换面，将一维流场计算结果在远离隧道出口位置做三维延拓，即增加另两维方向的速度，并均设定为零，作为入口边界条件赋给三维流场；三维流场的计算结果中仅将其中的沿隧道轴向的空气流动速度、流体压力和空气密度三个变量值赋给一维流场的相应节点，实现一维特征线法和三维可压缩SIMPLE算法的数据交换。

10.根据权利要求1所述的求解长大隧道、隧道群隧道空气动力效应的方法，其特征在于所述方法进一步包括：

运用计算机和FORTRAN语言求解列车/隧道耦合空气动力学，读入包括列车编组长度、车体截面积、运行速度、流线型头部参数、隧道长度、隧道截面积、轨道类型、缓冲结构相关参数，以及隧道口三维模型的网格文件、边界条件、控制参数的列车、隧道的基本参数，输出隧道壁面和车体表面测点压力变化曲线，以及隧道口微气压波变化曲线。