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

Analysis and Modeling of Pressure Wave at the Entrance of the High-Speed Train to Tunnel

با ورود قطار تندرو به تونل، يك موج فشاري در جلوي قطار بهوجود مي‌آيد. همين امر عامل ايجاد پديده پيستوني در تونل است كه تمام جريان هواي درون تونل را تحت تأثير قرار مي‌دهد. اين پديده در بلندمدت باعث مشكلاتي از جمله تخريب لايه‌هاي ديواره تونل، تهديد امنيت مسافران، تهويه ايستگاههاي زيرزميني و حتي در مواردي آسيب به قطار مي‌شود. در اين پژوهش، اين پديده براي ورود يك قطار از نوع ICE2 به تونل تك­خط مورد بررسي قرار گرفته است. شبيه‌سازي با استفاده از حل عددي در نرم‌افزار محاسبات سيالاتي انسيس فلوئنت، به روش اسلايدينگ مش، به‌صورت سه‌بعدي، تراكم­ناپذير و مغشوش انجام شده است. براي اطمينان از روش عددي، سرعت جريان درون تونل با يك تست تجربي صحت­سنجي شده است. شبيه‌سازي‌ها براي قطار با سرعت‌هاي 60، 80 و 100 متر بر ثانيه انجام شده است. نتايج كلي نشان از آن دارد كه هر چه سرعت قطار افزايش داده شود، در نتيجه آن، دامنه فشار و سرعت موج هوايي توليد شده افزايش مي‌يابد. در نهايت، ميزان استحكام شيشه روبروي قطار در مقابل حداكثر موج هواي ايجاد شده مورد مطالعه قرار گرفته و محدوده­ي مجاز سرعت قطار در ورود به تونل قابل برداشت است.

When a high-speed train enters into a tunnel, a pressure wave will be created. This leads to piston phenomenon in the tunnel, which affects all air currents in the tunnel. This phenomenon may lead to some problems in the long time like destruction of tunnel wall layers, safety of the passengers, ventilation of the subway stations and disturbing train balance. In this research, this phenomenon was investigated for entering of an ICE2 train to a single-line tunnel. Simulation is performed by using numerical solution in ANSYS Fluent CFD software considering sliding mesh, three-dimensional, incompressible and turbulent flow. The numerical method has been validated with an experimental test for the flow speed in the tunnel. Simulations have been done for 60, 80 and 100 m/s train speeds. Overal results showed that with increasing the train speed, the pressure domain and aerial wave speed will increase too. Finally, the strength of train’s front glass against maximum air wave has been studied and permissible train-speed range for entering the tunnel has been obtained.