18270

۱۸۲۷۰

تحليل و مدل‌سازي موج فشاري ايجاد شده در ورود و خروج قطار تندرو به تونل

كارشناسي ارشد

مهندسي ماشين هاي ريلي

تيرماه ۱۳۹۶

دكتر محمد رضا طلائي

راه آهن

هميشه در كنار رشد صنعت حمل‌ونقل، توجه به ايمني و آسايش مسافران در وسايل نقليه خصوصاً ماشين‌هاي ريلي موردتوجه بوده است. در بحث قطارهاي مسافري، با توجه به رشد چشم‌گير صنعت ريلي در جهان، ناوگان تندرو در حمل‌ونقل ريلي مورد توجه بسيار است. يكي از مهم‌ترين چالش‌هاي فني براي اين نوع قطارها، بررسي علمي و صنعتي، آئروديناميك آن‌ها مي‌باشد. مباحث خروج از خط ناشي از نيروهاي جانبي، كاهش سوخت و افزايش قدرت موتورهاي اين وسايل، افزايش سرعت سير قطار و موارد زياد ديگري همگي نشان از اهميت بالاي مبحث آئروديناميك قطارهاي تندرو دارد. اين اهميت با ورود قطار به تونل دوچندان مي‌شود، چراكه در اين حالت پديده پيستوني در تونل اتفاق مي افتد كه امواج فشاري و انبساطي حاصله هم مي‌تواند به خود قطار و هم ساختار تونل ضربه‌هاي جدي وارد كند. اين پديده در تهويه تونل و ايستگاه‌ها نيز، مؤثر بوده و باعث ايجاد جريان هوا در سيستم تهويه تونل مي‌گردد. از موارد حائز اهميت در ساخت تونل براي قطارهاي تندرو، موج فشاري ايجادشده و به‌تبع آن نيروهاي وارده بر ديواره‌هاي تونل مي‌باشد، كه اين موارد همگي ناشي از اثر پيستوني در ورود قطار به تونل مي‌باشد. با توجه به اهميت موضوع، پارامترهاي مؤثر بر اين پديده و تحقيقات انجام‌شده از گذشته تا سال‌هاي اخير موردبحث و بررسي قرارگرفته است. همچنين در راستاي تكميل تحقيقات گذشته، در اين پژوهش اين پديده در حالت‌هاي متفاوتي از سرعت قطار و طول تونل بررسي شده و در انتها براي بهبود تأثيرات مخرب اين پديده، شفت‌هايي در تونل تعبيه شده و نتايج موج فشاري ارائه گرديده است. نتايج نشان داده كه با افزايش سرعت قطار و طول تونل، موج فشاري در تونل افزايش يافته، كه براي كاهش دامنه اين موج فشاري، از شفت‌هاي مياني و ابتدا و انتهاي تونل استفاده شده است. حل عددي كه در اين پژوهش انجام شده است با استفاده از تكنيك مش متحرك (اسلايدينگ مش) در ديناميك سيالات محاسباتي مي‌باشد. لازم به ذكر است كه اين پژوهش با هدف بررسي موج فشاري براي قطار تند روي ايران در محور تهران-قم- اصفهان، كه با سرعت 350 كيلومتر بر ساعت مي‌باشد، انجام شده است. يكي از موارد حائز اهميت در ساخت تونل براي قطارهاي تندرو محاسبه فشار ايجادشده و ميزان نيروي مقاوم القايي ناشي از اثر پيستوني در ورود قطار به تونل است. اين پارامتر مي‌تواند در برخي موارد منجر به آسيب به‌قطار و يا واژگوني و يا خارج شدن قطار از خط گردد. با توجه به سرعت‌هاي بالاي قطار تندرو در ورود به تونل، در اين تحقيق تغييرات فشار هوا و سرعت هوا در طول تونل، بعد از ورود قطار به تونل مدنظر قرارگرفته است.

1396/10/13

9/23/2018 12:00:00 AM

Besides improving transportation industry, attention to passenger safety and comfort has been of great importance. Regarding passenger trains and according to vast improvement of railway industry across the world, high-speed railway fleet has become more and more important. One of the most important technical challenges in high-speed trains is scientific, practical investigation of aerodynamic of such trains. Problems such as derailment because of lateral forces, engine improvement of these vehicles, speed increase of trains, and other cases all show how important aerodynamic study is in high-speed trains. When a train enters a tunnel, the importance of these topics multiply; because in this condition pressure and expansion waves produced by piston phenomenon impose strong strikes on both train and tunnel structure. This phenomenon influences tunnels and stations air conditioning, and causes air flow in the tunnel’s air conditioning system. In constructing a tunnel for high-speed trains, the pressure waves and the forces followed by the waves must be considered, and all of these problems are related to piston effects caused from the entering train. Because of the importance of the subject, the parameters which are effective in this phenomenon and the studies which are accomplished till now are investigated and are discussed. In addition, in the present study, for completing prior researches, the phenomenon is studied in different states of train’s velocity and tunnel’s length. For improving the destructive effects of the piston phenomenon, some shafts are embedded and the effects of pressure waves are presented. Results show that by increasing train’s velocity or increasing tunnel’s length, the pressure wave become stronger along the tunnel; thus, shafts are embedded at the outset, middle, and end of tunnel with the aim of decreasing the wave’s amplitude. The numerical method, which is used in the present study, uses sliding mesh techniques in computational fluid dynamics (CFD). It is worth to mention that this study is accomplished with the aim of investigating pressure waves for Tehran-Qom-Esfahan high-speed railway line which is going to move by 350 km/h. One of important subjects related to constructing a high-speed tunnel is calculation of produced pressure and the induced forces followed by that from piston effect at the outset of tunnel. In some situations, it is possible that this parameter causes damage to train or even reversal and derailment of train. Also, according to high velocity of the train at the entrance of tunnel, air pressure changes and air velocity changes in the runnel are considered.