谐振腔结构减缓高速磁浮列车隧道出口微气压波研究

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 k–ω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。