張芯茹， 余以正， 梅元貴

(1 蘭州交通大學(xué) 甘肅省軌道交通力學(xué)應(yīng)用工程實(shí)驗(yàn)室， 蘭州 730070；2 中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司， 長(zhǎng)春 130062)

隨著高速列車(chē)的不斷提速，列車(chē)空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題也將日益嚴(yán)重。高速列車(chē)通過(guò)隧道產(chǎn)生的壓力波現(xiàn)象也更加劇烈，隧道內(nèi)的壓力波動(dòng)傳入車(chē)內(nèi)，引起司乘人員耳朵充氣、脹悶、耳鳴、嘔吐等耳感不舒適反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)耳膜穿孔，對(duì)耳膜造成不可恢復(fù)性傷害，影響司乘人員的健康[1-2]。所以，為了隔離或減緩車(chē)外壓力的影響，國(guó)內(nèi)外高速列車(chē)常采用氣密車(chē)體，且車(chē)體密封性越好，車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)就越小，但是制造和維護(hù)成本也會(huì)更高[3]。因此說(shuō)，氣密性的合理選擇是高速列車(chē)車(chē)體設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題，其涉及到具體的高速隧道壓力波特性和人耳對(duì)壓力變化的生理反應(yīng)等問(wèn)題。

近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在發(fā)展高速鐵路的過(guò)程中研究制定了相應(yīng)的司乘人員的壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)。歐洲鐵路研究所(ERRI)分別從醫(yī)學(xué)和車(chē)內(nèi)司乘人員舒適感2個(gè)角度制定了瞬變壓力容值。國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC)采用1 s、3 s、10 s和60 s內(nèi)最大容許瞬變壓力變化不超過(guò)0.5 kPa、0.8 kPa、1.0 kPa和2.0 kPa作為評(píng)價(jià)車(chē)內(nèi)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)[4]。國(guó)外針對(duì)列車(chē)氣密性也進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。在1988年Rolf Klingel介紹了對(duì)車(chē)輛加裝壓力保護(hù)裝置的必要性及對(duì)新造車(chē)輛采用帶有壓力保護(hù)閥的壓力保護(hù)風(fēng)扇的合理性[5]。2007年Florian Dignath等通過(guò)試驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法，分析各個(gè)組件的性質(zhì)并詳細(xì)列出檢測(cè)要求；提出在計(jì)算車(chē)內(nèi)壓力時(shí)，除了車(chē)體泄漏部分，還應(yīng)考慮車(chē)體的彈性[6]。2016年瑞典學(xué)者M(jìn)ikael Simal以ETR1000列車(chē)為背景，推導(dǎo)出動(dòng)態(tài)壓力密封模型，并與靜態(tài)壓力密封進(jìn)行了對(duì)比，指出了靜態(tài)壓力密封模型的不足之處[7]。

國(guó)內(nèi)試行的《動(dòng)車(chē)組密封設(shè)計(jì)及試驗(yàn)規(guī)范》對(duì)250 km/h和350 km/h速度等級(jí)的高速列車(chē)靜態(tài)時(shí)間常數(shù)氣密指數(shù)值提出最低要求規(guī)定[8]。王建宇等在國(guó)外有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)我國(guó)高速鐵路隧道設(shè)計(jì)氣壓舒適度準(zhǔn)則提出了建議[9]；鄧杰、余南陽(yáng)等針對(duì)京滬高鐵，研究了隧道長(zhǎng)度、列車(chē)速度、列車(chē)長(zhǎng)度等對(duì)單雙線隧道瞬變壓力的影響，探討100 m2隧道斷面的適應(yīng)性[10]；馬偉斌等通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)指出：高速列車(chē)通過(guò)長(zhǎng)大隧道或者隧道群時(shí)，建議參考國(guó)外復(fù)合型的壓力舒適度標(biāo)準(zhǔn)，確定適合國(guó)內(nèi)國(guó)情的壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)[11]。何德華等指出國(guó)內(nèi)試行規(guī)定不太嚴(yán)格，特別是通過(guò)長(zhǎng)大隧道和隧道群時(shí)，不能真實(shí)反應(yīng)乘客的舒適度；從我國(guó)高鐵舒適度調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看多時(shí)間型標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)更為嚴(yán)格[12]。閆亞光、楊慶山等以京滬高鐵中長(zhǎng)隧道為研究背景，研究CRH3型列車(chē)交會(huì)時(shí)乘坐舒適性問(wèn)題，3種速度下，密封指數(shù)大于15 s時(shí)滿足1.25 kPa/3s的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，列車(chē)上人員均不會(huì)出現(xiàn)不適感[13]。

從以上分析可以看出，國(guó)內(nèi)外目前是從3個(gè)方面對(duì)列車(chē)通過(guò)隧道的壓力波及舒適性問(wèn)題進(jìn)行研究的：一是通過(guò)相關(guān)的壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)的制定來(lái)限制車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)范圍，二是通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)和壓力艙試驗(yàn)得出舒適性標(biāo)準(zhǔn)，三是依據(jù)隧道壓力波具體變化特性和設(shè)定不同列車(chē)氣密性值來(lái)探討司乘人員舒適性問(wèn)題。而對(duì)于高速列車(chē)以一定速度通過(guò)某條線路上隧道時(shí)，滿足舒適性的整車(chē)動(dòng)態(tài)氣密要求的閾值的研究成果還未見(jiàn)到公開(kāi)報(bào)道。文中在基于一維可壓縮非定常不等熵流動(dòng)模型的特征線方法得出列車(chē)通過(guò)隧道壓力波基礎(chǔ)上[14-15]，定量研究了更高速度下京滬高鐵列車(chē)滿足國(guó)內(nèi)舒適性標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)動(dòng)態(tài)氣密閾值，并研究了列車(chē)編組、車(chē)速和隧道長(zhǎng)度對(duì)時(shí)間常數(shù)氣密閾值的影響特性，為京滬高鐵的提速提供了列車(chē)車(chē)體氣密性參數(shù)設(shè)計(jì)的初步依據(jù)。

1 研究方法

1.1 高速列車(chē)車(chē)輛氣密性模型

目前，表征車(chē)輛氣密性指標(biāo)的模型主要有3種，(1)英國(guó)學(xué)者Johnson建立的以車(chē)內(nèi)外壓差趨于平衡的時(shí)間表征車(chē)輛氣密性的時(shí)間常數(shù)法[16]；(2)以法國(guó)和日本為代表的當(dāng)量泄漏面積模型[17]；(3)芬蘭學(xué)者Klaver E C和Kassies E根據(jù)管內(nèi)流動(dòng)模型，建立的具有時(shí)間量綱的參數(shù)C1、C2的兩參數(shù)法流動(dòng)模型[18]。3種模型方法的分析對(duì)比詳見(jiàn)文獻(xiàn)[19]。由于時(shí)間常數(shù)模型較為簡(jiǎn)單，在國(guó)內(nèi)外使用較早，應(yīng)用更為廣泛，故文中采用時(shí)間常數(shù)模型來(lái)表示車(chē)輛的氣密性。動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)τ的定義為：

(1)

式中pi為車(chē)內(nèi)壓力波動(dòng)值；pe為車(chē)外壓力波動(dòng)值；t為時(shí)間；τ為動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)，單位為s。

圖1表示在車(chē)外壓力作用下考慮車(chē)體、車(chē)窗、衛(wèi)生間、空調(diào)裝置、車(chē)門(mén)和連接車(chē)輛的風(fēng)擋等實(shí)際因素下的車(chē)內(nèi)外壓力相互作用的簡(jiǎn)化物理模型。該模型中，將車(chē)輛看成具有彈性壁面和任意泄漏孔的封閉容器[5]。

在計(jì)算車(chē)內(nèi)壓力時(shí)，假設(shè)車(chē)體為剛性，忽略車(chē)體進(jìn)排風(fēng)影響，車(chē)內(nèi)壓力計(jì)算公式為：

(2)

式中pi為車(chē)內(nèi)當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的壓差；p0為車(chē)外車(chē)內(nèi)壓差；t為時(shí)間；τ為動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)，單位為s，詳見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。

圖1 車(chē)內(nèi)壓力計(jì)算分析模型

1.2 車(chē)外壓力計(jì)算方法

高速動(dòng)車(chē)組通過(guò)隧道引起的空氣流動(dòng)是三維可壓縮非定常湍流流動(dòng)。假設(shè)隧道斷面上的壓力波動(dòng)對(duì)隧道內(nèi)空氣非定常流動(dòng)的影響可以略去不計(jì)，隧道空間和環(huán)狀空間上的某一斷面各點(diǎn)的壓力可視為近似相等。利用質(zhì)量守恒、動(dòng)量定理和能量守恒定理，可以建立描述控制體的基本方程。

連續(xù)性方程：

(3)

動(dòng)量方程：

(4)

能量方程:

(5)

式中u為隧道內(nèi)空氣流速；p為隧道內(nèi)空氣壓力；κ為空氣比熱比；ρ為空氣密度；a為空氣聲速；F為空氣流道橫截面面積；G為空氣與壁面的摩擦項(xiàng)；q為空氣與壁面的傳熱項(xiàng)；ξ為空氣與動(dòng)車(chē)組車(chē)壁的摩擦功；t為時(shí)間。

上述方程為一階擬線性雙曲型偏微分方程，在計(jì)算流體力學(xué)中，特征線法是求解一階擬線性雙曲型偏微分方程最為精確的數(shù)值方法之一。故文中采用無(wú)量綱形式的廣義黎曼變量特征線法來(lái)求解上述特征方程，求解步驟見(jiàn)文獻(xiàn)[15]。為驗(yàn)證計(jì)算方法、計(jì)算程序的準(zhǔn)確性和可靠性，見(jiàn)文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[20]。

1.3 動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)氣密閾值的估算方法

根據(jù)第1.1和第1.2所述，根據(jù)式(3)、式(4)和式(5)，基于一維可壓縮非定常不等熵流動(dòng)模型的特征線方法，計(jì)算出車(chē)外壓力，接著預(yù)估一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)值，根據(jù)車(chē)內(nèi)壓力計(jì)算式(2)求解車(chē)內(nèi)壓力，再根據(jù)求解得到的車(chē)內(nèi)壓力，計(jì)算車(chē)內(nèi)不同時(shí)間間隔內(nèi)最大壓力變化量，對(duì)比得到的車(chē)內(nèi)不同時(shí)間間隔內(nèi)最大壓力變化量的最大值是否滿足對(duì)應(yīng)的車(chē)內(nèi)壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)允許的最大值，若符合對(duì)應(yīng)的壓力舒適性標(biāo)準(zhǔn)，則所估算的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)值為對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值，若不符合，循環(huán)此過(guò)程，重新估算動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)值直至符合舒適性標(biāo)準(zhǔn)，具體過(guò)程見(jiàn)圖2。

圖2 時(shí)間常數(shù)氣密閾值估算流程圖

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 京滬高鐵隧道簡(jiǎn)介及舒適度標(biāo)準(zhǔn)選擇

京滬高速鐵路目前最高運(yùn)營(yíng)時(shí)速為350 km，全長(zhǎng)1 318 km，線間距為5.0 m。隧道共有22座，共15.99 km，占正線總長(zhǎng)度1.2%，其中最長(zhǎng)的隧道西渴馬1號(hào)隧道2 812 m，1 km以上隧道6座，隧道凈空面積為100 m2。文中選取京滬高鐵隧道中西渴馬1號(hào)隧道(2 812 m)和西渴馬2號(hào)隧道(978 m)，并計(jì)算了基于車(chē)尾最大負(fù)壓值的最不利長(zhǎng)度隧道作為研究隧道。

最不利隧道長(zhǎng)度是采用EN 14067-5中的公式計(jì)算得到的，計(jì)算式如下[21]：

單列車(chē)通過(guò)時(shí)：

(6)

兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)：

(7)

選取國(guó)內(nèi)試行的標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外的UIC標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算車(chē)內(nèi)外壓力和不同時(shí)間間隔內(nèi)最大壓力變化量，得出速度400 km/h等級(jí)下，高速列車(chē)整車(chē)時(shí)間常數(shù)動(dòng)態(tài)氣密閾值。

2.2 單列車(chē)車(chē)內(nèi)外壓力和車(chē)內(nèi)每3s最大壓力變化量對(duì)比

圖3表示單列車(chē)以350 km/h的速度通過(guò)西渴馬2號(hào)隧道，列車(chē)長(zhǎng)度為200 m，動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)為0.5 s和8 s 時(shí)，車(chē)內(nèi)外壓力和每3 s最大壓力變化量之間的曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系：

圖3 單列車(chē)車(chē)內(nèi)外壓力和車(chē)內(nèi)每3 s內(nèi)最大壓力變化量對(duì)比圖

當(dāng)高速列車(chē)車(chē)頭端駛?cè)胨淼蓝纯谒查g，由于空氣和隧道壁面的摩擦效應(yīng)，頭車(chē)車(chē)身中部測(cè)點(diǎn)壓力逐漸上升；時(shí)間常數(shù)較小時(shí)(τ=0.5 s)，車(chē)內(nèi)壓力也隨之上升，每3 s內(nèi)最大壓力變化量也上升；每3 s內(nèi)最大壓力變化量是出現(xiàn)時(shí)間較晚的最值減去較近的最值。

當(dāng)頭車(chē)中部測(cè)點(diǎn)遇到尾車(chē)產(chǎn)生膨脹波ET，車(chē)外壓力下降到負(fù)壓狀態(tài)，車(chē)內(nèi)壓力從t=2.7 s處開(kāi)始下降，每3 s最大壓力變化量曲線在t=2.7 s-3.2 s內(nèi)，幾乎呈直線狀態(tài)，是由于這段時(shí)間內(nèi)每3 s內(nèi)壓力最大值和最小值出現(xiàn)的位置分別相同；壓力最大值出現(xiàn)在t=2.7 s處；壓力最小值出現(xiàn)在t=0 s處，故每3 s最大壓力變化量不變。在t=3.2 s后一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)處，每3 s內(nèi)壓力最大值出現(xiàn)在t=2.7 s處，為正壓值，每3 s內(nèi)壓力最小值出現(xiàn)在該時(shí)間節(jié)點(diǎn)處，為負(fù)壓值，每3 s最大壓力變化量為最小值減去最大值，故為負(fù)壓值，與前一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)相比，曲線急劇下降。

當(dāng)頭車(chē)中部測(cè)點(diǎn)遇到壓縮波CN1時(shí)，車(chē)外壓力上升，車(chē)內(nèi)壓力也上升，在t=7.8 s時(shí)，每3 s內(nèi)壓力最小值在t=6.1 s處取得，為負(fù)壓值，每3 s內(nèi)壓力最大值在t=4.8 s處取得，為負(fù)壓值；每3 s最大壓力變化量為最小值減去最大值，為負(fù)壓值；在t=7.8 s后一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)處，每3 s內(nèi)壓力最小值出現(xiàn)在t=6.1 s處，為負(fù)壓值；每3 s內(nèi)壓力最大值出現(xiàn)在該時(shí)間節(jié)點(diǎn)處，且為負(fù)壓值，每3 s最大壓力變化量為最大值減去最小值，為正壓值，故曲線急劇上升；

當(dāng)頭車(chē)中部測(cè)點(diǎn)遇到膨脹波EN1時(shí)，頭車(chē)測(cè)點(diǎn)車(chē)外壓力下降，車(chē)內(nèi)壓力也下降，在t=9.0 s時(shí)，每3 s內(nèi)壓力最小值出現(xiàn)在t=6.1 s處，為負(fù)壓值，每3 s內(nèi)壓力最大值出現(xiàn)在t=9.0 s處，為負(fù)壓值，每3 s最大壓力變化量為最大值減去最小值，為正壓值，曲線進(jìn)一步上升；

時(shí)間常數(shù)較大時(shí)(τ=8.0 s)，車(chē)內(nèi)壓力變化較為平緩，每3 s最大壓力變化量也較為平緩。也呈現(xiàn)出車(chē)身測(cè)點(diǎn)遇壓縮波使該點(diǎn)車(chē)內(nèi)外壓力和車(chē)內(nèi)每3 s最大壓力變化量都上升，車(chē)身測(cè)點(diǎn)遇膨脹波使該點(diǎn)車(chē)內(nèi)外壓力和車(chē)內(nèi)每3 s最大壓力變化量都下降，時(shí)間常數(shù)越大，膨脹波和壓縮波對(duì)車(chē)內(nèi)壓力和車(chē)內(nèi)每3s最大壓力變化量的影響越小。

2.3 隧道長(zhǎng)度的影響

圖4表示了8編組列車(chē)以400 km/h的速度單列車(chē)通過(guò)和兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，隧道長(zhǎng)度對(duì)滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值的影響特性。其中，選取西渴馬1號(hào)隧道、西渴馬2號(hào)隧道和最不利隧道長(zhǎng)度(單車(chē)通過(guò)：621 m；隧道內(nèi)交會(huì)：610 m)為研究對(duì)象。由圖4可知：

隨著隧道長(zhǎng)度的增大，單列車(chē)通過(guò)和兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，頭尾車(chē)、中間車(chē)分別滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值先增大后減小，滿足UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)閾值增大；這是由于在短隧道中，壓力波在洞口與列車(chē)之間反射的時(shí)間間隔減小，在較小時(shí)間間隔內(nèi)的壓力波動(dòng)變大，使得較小時(shí)間間隔內(nèi)的壓力波動(dòng)指標(biāo)成為整車(chē)時(shí)間常數(shù)的限制條件，往往在每1 s內(nèi)或者每3 s內(nèi)取得時(shí)間常數(shù)最大值；在長(zhǎng)隧道中，壓力波在洞口與列車(chē)之間反射的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，在每10 s或更長(zhǎng)時(shí)間間隔內(nèi)取得時(shí)間常數(shù)最大值；所以滿足國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，較長(zhǎng)隧道的時(shí)間常數(shù)閾值反而小于短隧道的閾值，滿足UIC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，較長(zhǎng)隧道的時(shí)間常數(shù)閾值則大于短隧道的閾值。

圖4 隧道長(zhǎng)度對(duì)時(shí)間常數(shù)閾值的影響特性

在相同長(zhǎng)度的隧道中，單列車(chē)滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)閾值均小于兩列車(chē)在隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)的閾值。

2.4 列車(chē)速度的影響

圖5表示了8編組單列車(chē)通過(guò)西渴馬1號(hào)隧道和兩列車(chē)在該隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，列車(chē)速度在滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值的影響特性。由圖5可知：

隨著列車(chē)速度的提高，單列車(chē)通過(guò)和兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，頭尾車(chē)、中間車(chē)分別滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和滿足UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)閾值增大，且頭尾車(chē)的要求值大于中間車(chē)；例如列車(chē)分別以300 km/h、350 km/h、380 km/h和400 km/h的速度通過(guò)西渴馬1號(hào)隧道時(shí)，頭尾車(chē)滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值為4.0 s、5.8 s、6.7 s和7.7 s，依次增大了31.0%、13.4%、14.9%，中間車(chē)滿足上述條件的動(dòng)態(tài)閾值為3.6 s、5.0 s、5.9 s和7.5 s，依次增大了28.0%、18.0%、27.1%。兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)的要求值大于單列車(chē)通過(guò)時(shí)的要求值。例如兩列車(chē)以400 km/h的速度在西渴馬一號(hào)隧道中央等速交會(huì)時(shí)，頭尾車(chē)滿足UIC標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值為45.0 s，單列車(chē)通過(guò)時(shí)動(dòng)態(tài)閾值為23.2 s，相比交會(huì)情形比單車(chē)通過(guò)情形增大了48.4%。

圖5 列車(chē)速度對(duì)時(shí)間常數(shù)閾值的影響特性

2.5 列車(chē)編組的影響

圖6表示了不同編組列車(chē)以400 km/h的速度通過(guò)西渴馬1號(hào)隧道和兩列車(chē)在該隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，列車(chē)編組長(zhǎng)度對(duì)動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值的影響。由圖6可知：

單列車(chē)通過(guò)和兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，8編組列車(chē)頭尾車(chē)、中間車(chē)滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值均小于16編組列車(chē)的動(dòng)態(tài)閾值；單列車(chē)通過(guò)時(shí)，16編組列車(chē)頭尾車(chē)滿足中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值為12.1 s和33.2 s，8編組列車(chē)的動(dòng)態(tài)閾值為7.7 s和23.2 s，相比增大了57.1%和43.1%；兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，16編組列車(chē)頭尾車(chē)滿足中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)閾值為29.6 s和65.0 s，8編組列車(chē)動(dòng)態(tài)閾值為22.5 s和45.0 s，相比增大了31.56%和44.4%。

圖6 編組長(zhǎng)度對(duì)時(shí)間常數(shù)閾值的影響特性

3 結(jié) 論

以京滬高鐵為背景，采用先計(jì)算車(chē)外壓力，接著預(yù)選一個(gè)動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)τ計(jì)算車(chē)內(nèi)壓力和車(chē)內(nèi)每1 s、每3 s、每10 s和每60 s內(nèi)最大壓力變化量，再將車(chē)內(nèi)每1 s、每3 s、每10 s和每60 s內(nèi)最大壓力變化量與國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓力波動(dòng)值對(duì)比，最終得出滿足舒適性標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)時(shí)間常數(shù)閾值。具體結(jié)論如下：

(1)列車(chē)和隧道參數(shù)對(duì)時(shí)間常數(shù)動(dòng)態(tài)氣密性閾值影響如下：

①單列車(chē)通過(guò)和兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，隨著隧道長(zhǎng)度的增大，滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)氣密閾值先增大后減小，而滿足UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)氣密閾值隨隧道長(zhǎng)度的增大而增大；

②單列車(chē)通過(guò)和兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，隨著列車(chē)速度的提高，滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)氣密閾值均增大;

③單列車(chē)通過(guò)和兩列車(chē)隧道內(nèi)交會(huì)時(shí)，16編組列車(chē)滿足國(guó)內(nèi)舒適度標(biāo)準(zhǔn)和UIC標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間常數(shù)氣密閾值大于8編組列車(chē)的要求值。

(2)單列車(chē)以400 km/h通過(guò)西渴馬1號(hào)隧道、西渴馬2號(hào)隧道和最不利長(zhǎng)度隧道，滿足國(guó)內(nèi)800 Pa/3s標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，8編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于12 s，16編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于15 s；滿足UIC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，8編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于24 s，16編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于34 s。

(3)兩列車(chē)在西渴馬1號(hào)隧道、西渴馬2號(hào)隧道和最不利隧道中央等速交會(huì)，滿足國(guó)內(nèi)800 Pa/3s標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，8編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于23 s，16編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于32 s；滿足UIC標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，8編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于45 s，16編組列車(chē)時(shí)間常數(shù)建議值應(yīng)大于65 s。