Особенности формирования структуры воздушных масс в тоннеле при движении поезда

   Выполнен анализ влияния аэродинамических факторов на подвижной состав (ПС) и железнодорожную инфраструктуру. Проведено исследование формирования структуры воздушных масс в тоннельных сооружениях при движении высокоскоростного ПС. Проанализированы процессы аэроупругого взаимодействия ПС с портальными сооружениями тоннелей с помощью численного моделирования. Представлено описание математических моделей и способы их реализации в трехмерной постановке в программном комплексе SolidWorks Flow Simulation. Использованы методы конечных элементов и объемов для решения поставленных задач. Приведены результаты численных исследований полей скоростей вблизи портальной зоны тоннеля, полученные с помощью разработанных математических моделей для случаев входа ПС в тоннель и выхода из него. Выявлена сложная структура образования воздушных масс в зазоре между корпусом поезда и обделкой тоннеля, которая приводит к повышенному сопротивлению движения поезда в тоннеле. Обнаружены закономерности в изменении динамики давления на поверхности головного обтекателя при въезде поезда в тоннель. Установлен факт негативного влияния зон повышенного и пониженного давления, а также их резкий перепад на локомотивную бригаду и пассажиров.

1. Ледяев А. П., Кавказский В. Н., Креер Р. О. Особенности проектирования тоннелей на высокоскоростных магистралях // Транспорт Урала. 2015. № 4 (47). С. 3–9. DOI: 10.20291/1815-9400-2015-4-3-9. EDN TBIORT.

2. Ледяев А. П., Кавказский В. Н., Шелгунов О. О. Математическое моделирование аэродинамических процессов в железнодорожных тоннелях на высокоскоростных магистралях // Метро и тоннели. 2021. № 3. С. 40–43. EDN GCQUMA.

3. Ким К. К., Крон И. Р., Ватулин Я. С., Ватулина Е. Я. Разработка метода по уменьшению лобового аэродинамического сопротивления капсулы трубопроводного транспорта // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2019. Т. 16. № 2. С. 263–267. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/razrabotka-metoda-po-umensheniyu-lobovogo-aerodinamicheskogo-soprotivleniya-kapsuly-truboprovodnogo-transporta. EDN OYZZHC.

4. Воробьев А. А., Ватулин Я. С., Ватаев А. С., Каримов Д. Д., Сотников К. А. К вопросу снижения негативного эффекта воздействия аэроупругого взаимодействия высокоскоростного подвижного состава с элементами тоннельных сооружений // Известия ПГУПС. 2022. Т. 19. № 3. С. 590–599.

5. Ватаев А. С., Ватулин Я. С., Воробьев А. А., Сотников К. А. Цифровое моделирование аэроупругого взаимодействия подвижного состава с портальными сооружениями перевальных тоннелей // Бюллетень результатов научных исследований. 2022. № 1. С. 104–123. DOI: 10.20295/2223-9987-2022-2-104-123

6. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. М.: ДМК Пресс, 2010. 464 с.

7. Лугин И. В., Алферова Е. Л. Исследование аэродинамических процессов при движении поезда в протяженных железнодорожных тоннелях // Интерэкспо ГЕО-Сибирь. 2018. Т. 5. С. 155–160. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-aerodinamicheskih-protsessov-pri-dvizhenii-poezda-v-protyazhennyh-zheleznodorozhnyh-tonnelyah. EDN YORDUT.

8. Fernandez J. M. R. Fluid Dynamic Problems of High-Speed Trains in Tunnels: thesis. 2018. DOI: 10.20868/upm.thesis.51377

9. Faramehr S., Hemida H. Aerodynamics of Trains in Tunnels // Proceedings of the Third International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance. 2016. DOI: 10.4203/ccp.110.39

10. Maeda T., Iida M., Murata K. et al. Micro-pressure waves radiationg from a tunnel portal and their mitigation. Internoise 2000 // Proceedings of the 29^th International Congress on Noise Control Engineering. 2000. Vol. 4. P. 2461–2462.

11. Алферова Е. Л., Лугин И. В., Кияница Л. А. Моделирование возмущений воздушного потока при движении поездов в двухпутном тоннеле метрополитена // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № 6. С. 5–14. EDN WDZUHH.

12. Кияница Л. А. Исследование динамики давлений на поверхности вагонов поезда в двухпутном тоннеле метрополитена // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № 11. С. 400–407. EDN WTPTQN.

13. Красюк А. М., Лугин И. В., Алферова Е. Л. Исследование воздухораспределения в протяженных транспортных тоннелях БАМ // Интерэкспо ГЕО-Сибирь. 2019. Т. 2. № 4. С. 114–121. DOI: 10.33764/2618-981X-2019-2-4-114-121. EDN GGBQXP.