ICS 45.060.01 TB S30 中华人民共和国铁道行业标准 TB/T 3503.2-2018 铁路应用 空气动力学 第2部分：隧道空气动力学效应 Railway applications--Aerodynamics.- Part 2 : Aerodynamics effects in tunnels 2018-11-01实施 2018-04-12 发布 国家铁路局 厂发布 TB/T 3503.2-2018 目 次 前言 II 范围 规范性引用文件 2 3 术语和定义 运行阻力 4 单列列车过隧道气动效应 隧道交会气动效应 6 试验和数值计算要素 参考文献 I TB/T3503.2-2018 前言 TB/T3503《铁路应用空气动力学》分为四个部分： -第1部分：符号与单位； -第2部分：隧道空气动力学效应； —第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法； 第4部分：列车空气动力学性能数值仿真规范。 本部分为TB/T3503的第2部分。 本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本部分由中国铁道科学研究院标准计量研究所归口。 本部分起草单位：中南大学、西南交通大学、中国铁道科学研究院机车车辆研究所、中车唐山机车 车辆有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中国铁道科学研究院标准计量研究所。 本部分主要起草人：田红旗、周丹、李田、何德华、孔繁冰、邓小军、徐力。 Ⅱ TB/T 3503.22018 铁路应用 空气动力学 第2部分：隧道空气动力学效应 1范围 TB/T3503的本部分规定了铁路隧道空气动力学的术语和定义、运行阻力、单列列车过隧道气动效 应、隧道交会气动效应、试验和数值计算要索。 本部分适用于动车组、机车、客车，货车和自轮运转设备的隧道空气动力学效应。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T16566铁路隧道术语 TB/T3503.3—2018铁路应用 空气动力学第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法 3术语和定义 GB/T16566界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了GB/T16566 中某些术语和定义。 3. 1 铁路隧道 railway tunnel 修建在地下或水下，铺设轨道供铁路机车车辆通行的建筑物。 [GB/T16566—1996,定义2.1] 3. 2 压缩波compressionwave 扰动使气体压缩，导致压力升高的波。 示例：当列车头部进人隧道时，空气流动受到隧道面的限制被阻滞，使列车前端空气受到剧烈压缩，导致空气压 力骤然增大而形成压缩波。 3. 3 膨胀波expansionwave 扰动使气体膨胀，导致压力降低的波。 负压绝对值低于大气压，产生膨胀波。 3. 4 微气压波micro-pressurewave 当列车进入隧道时，在列车前方产生压缩波，压缩波沿着隧道传播到出口后大部分以膨胀波的形 式反射回来，小部分以脉冲形式从隧道出口向外辐射，形成的脉冲状压力波。 4运行阻力 列车在隧道内运行，当其他运行条件（平直轨道、勾速运行）与明线相同时，运行阻力公式可采 1 TB/T3503.2--2018 用与明线运行相同的形式，区别是第三项应引人隧道气动阻力修正系数，隧道内列车运行阻力由公 式(1)计算。 R=C+ +C2u +T,Cgu ...... (1) 式中： R——运行阻力,单位为牛(N)； C,滚动阻力，单位为牛(N)； Cz一动量阻力参数，单位为千克每秒(kg/s）； C,一一气动阻力参数，单位为千克每米（kg/m）； T,隧道内列车气动阻力修正系数，T，是隧道平均气动阻力与明线气动阻力之比，T,≥1； u.--列车运行速度，单位为米每秒（m/9)。 T,与阻塞比B、列车类型、列车长度、隧道长度和列车运行速度等因素有关，其中阻塞比B是最主 要的影响因素。特别对于小于2000m的隧道，应考虑列车类型和编组长度对阻力的影响。 图1和图2给出了高速列车及货车通过隧道时，在不同列车长度L.、隧道长度L.和列车运行速度 v下，T，随阻塞比B的变化趋势曲线。T,的计算方法见TB/T3503.3一2018。 -Lu=20000m; Lg=200m; tg=100m/s *、L=20 000m; La=200m; ug=60m/s La=2 000 m; Lg=200 m; tg=100 m/s -0- Lr=2 000m; Lg=400 m; tg=100m/g B 图1 高速列车隧道气动阻力修正系数变化趋势示意 Lm=20000m;Lg=500m;=40m/s 米L=20000m;L=500m;=25m/s OLu2.000m; Lg500m; t=40m/s B 图2货车隧道气动阻力修正系数变化趋势示意 2 TB/T3503.22018 5单列列车过隧道气动效应 5.1概要 当列车通过隧道时，将产生压缩波和膨胀波，两种类型的波以声速沿隧道传播。如果车辆的气 密性较差，隧道内的压力变化将传人车内并引起车厢内的压力变化，影响乘客的乘坐舒适性。车厢 内外压差也会引起车体结构和其他部件承受瞬变载荷。因此，车辆设计时应考虑这些气动载荷的 影响。 5.2瞬变压力 当列车头部进入隧道时，产生一个始压缩波，该波以声速沿隧道传播，当压缩波传至隧道出口 时，以膨胀波的形式反射回来。当列车尾部进人隧道时，产生一个膨胀波，并以声速沿隧道传播，当膨 胀波到达隧道出口时，以压缩波的形式反射回来。上述车头和车尾进入隧道时形成的压缩波和膨胀波 是隧道内压力波动产生的主要根源。它们形成后在隧道内传播，并在隧道出口及人口以相反的形式反 射，使隧道内产生非常复杂的波系，参见图3。 出口 压缩波 隧道壁面测点位置 车头 车体表面测点位置 人口 时间 车尾 车体表面测点 助 6 隧道壁面测点 说明： -车头进隧道引起的初始压缩波； ② 车尾进隧道引起的膨胀波； ③一一压缩波在隧道口第一次反射； ④- 一压缩波在隧道口第二次反射： ? 一膨胀波在隧道口第一次反射； ——车头出隧道引起的压缩波； ①——车头经过测点； ③—车尾经过测点。 图3单列列车过隧道时压力变化历程示意 相同类型的压力波相互叠加将使压力幅值增大，反之，不同类型的压力波叠加将使压力幅值减小。 在隧道内不同的位置，压力随时间的变化关系是不同的。对隧道内某一位置，车头和车尾经过时都将 3