• ISSN 0258-2724
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地铁隧道附属广告设施的活塞风作用时变特性

祝福 余志祥 曹瑞洲 刘志祥

祝福, 余志祥, 曹瑞洲, 刘志祥. 地铁隧道附属广告设施的活塞风作用时变特性[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(5): 1048-1057. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.023
引用本文: 祝福, 余志祥, 曹瑞洲, 刘志祥. 地铁隧道附属广告设施的活塞风作用时变特性[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(5): 1048-1057. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.023
ZHU Fu, YU Zhixiang, CAO Ruizhou, LIU Zhixiang. Time Variant Characteristics of Piston Wind for Billboards Affiliated with Subway Tunnels[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(5): 1048-1057. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.023
Citation: ZHU Fu, YU Zhixiang, CAO Ruizhou, LIU Zhixiang. Time Variant Characteristics of Piston Wind for Billboards Affiliated with Subway Tunnels[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(5): 1048-1057. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.023

地铁隧道附属广告设施的活塞风作用时变特性

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.05.023
详细信息
    作者简介:

    祝福(1992—),男,博士研究生,研究方向为结构工程,E-mail: zhufuswjtu@126.com

    通讯作者:

    余志祥(1976—),男,博士,副教授,研究方向为结构工程,E-mail: yzxzrq@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: O368

Time Variant Characteristics of Piston Wind for Billboards Affiliated with Subway Tunnels

  • 摘要: 为了预测地铁隧道内由活塞风效应引起的广告牌表面风荷载的时变特性,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)开展了活塞风三维非稳态流动模拟. 基于用户自定义函数(user-defined functions,UDF)定义了列车运行控制与动网格控制程序,搭建了精度更高的活塞风模拟方法,并结合以往的实验与仿真,验证了方法的合理性. 在此基础上根据实际隧道断面建立了全尺寸动网格模型,考虑了不同运行速度下由列车运动引起的流场变化,重点关注地铁隧道内不同位置广告牌表面的静压变化. 研究结果表明,列车经过广告牌时表面静压由正变负,速度增加时会导致广告牌表面的静压显著增大,对于80 km/h的工况静压幅值能超过500 Pa;对于部分以120 km/h运行的地铁,静压幅值超过1 kPa.

     

  • 图 1  广告牌对气流的干扰

    Figure 1.  Disruption of billboards owing to airflow

    图 2  动网格区域示意

    Figure 2.  Schematic of dynamic mesh

    图 3  列车运行速度

    Figure 3.  Schedule of train run

    图 4  Kim地铁活塞风实验台

    Figure 4.  Schematic of experimental layout

    图 5  不同监测点压力系数Cp的对比

    Figure 5.  Comparisons of pressure coefficients Cp at monitored points

    图 6  实际隧道断面

    Figure 6.  Real tunnel cross-section

    图 7  计算网格

    Figure 7.  Calculation model

    图 8  1号广告牌监测点

    Figure 8.  Monitored points for the first advertising

    图 9  地铁列车的加速度变化曲线

    Figure 9.  Variation of acceleration for subway train

    图 10  断面速度分布(单位:km/h)

    Figure 10.  Velocity distribution for cross-section (unit: km/h)

    图 11  列车尾部涡核分布

    Figure 11.  Vorticity core distribution for train tail

    图 12  不同速度下压力系数时变曲线

    Figure 12.  Pressure coefficient CP versus time for different velocities

    图 13  不同位置处广告牌的压力系数变化曲线

    Figure 13.  Pressure coefficient Cp versus time for each billboard

    图 14  广告牌表面静压分布(单位:Pa)

    Figure 14.  Pressure distributions on billboards (unit: Pa)

    图 15  f(v)拟合曲线

    Figure 15.  Fitting curve of f(v)

    表  1  4种计算工况

    Table  1.   Four calculation conditions

    工况 运行
    速度/
    (km•h–1)
    加速
    时间/s
    时间/s 步长/s 仿真
    时间/s
    过1号
    广告牌
    过2号
    广告牌
    过3号
    广告牌
    1 40 11.11 15.47 43.37 71.28 0.010 100
    2 60 16.67 14.83 33.54 52.14 0.010 60
    3 80 22.22 14.83 30.02 43.97 0.005 60
    4 120 33.34 14.83 28.99 38.57 0.005 50
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    表  2  各广告牌中心监测点处CP

    Table  2.   Listing of CP values on monitored points for each billboard

    工况 运行速度/
    (km•h–1)
    1号广告牌中心监测点 2号广告牌中心监测点 3号广告牌中心监测点
    最大值 最小值 稳定值 最大值 最小值 稳定值 最大值 最小值 稳定值
    1 40 1.4 –1.2 –0.2 0.9 –1.2 –0.3 0.2 –1.2 –0.4
    2 60 1.8 –2.8 –0.4 1.4 –2.7 –0.7 0.7 –2.7 –0.9
    3 80 1.8 –4.8 –0.7 2.0 –4.8 –1.1 1.0 –4.8 –1.6
    4 120 1.8 –4.8 –1.5 2.7 –11.6 –2.6 1.6 –11.4 –3.7
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    表  3  各广告牌压力值

    Table  3.   Values of static pressure for each billboard

    工况 运行速度/
    (km•h–1)
    1号广告牌 2号广告牌 3号广告牌
    最大值 最小值 幅值 最大值 最小值 幅值 最大值 最小值 幅值
    1 40 105.9 –90.7 196.6 68.1 –90.7 158.8 15.1 –90.7 105.8
    2 60 136.1 –211.7 347.8 105.9 –204.2 310.1 52.9 –204.2 257.1
    3 80 136.1 –363.0 499.1 151.2 –363.0 514.2 75.6 –363.0 438.6
    4 120 136.1 –363.0 499.1 204.2 –877.2 1081.4 121 –862.1 983.1
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  • 收稿日期:  2016-09-14
  • 刊出日期:  2018-10-01

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