TB/T 3503.2-2018
基本信息
标准号： TB/T 3503.2-2018
中文名称：铁路应用空气动力学第2部分:隧道空气动力学效应
标准类别：铁路运输行业标准(TB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
下载格式：.zip .pdf
下载大小：3438843
标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
TB/T 3503.2-2018.Railway applications-Aerodynamics-Part 2: Aerodynamics effects in tunnels.
1范围
TB/T 3503.2规定了铁路隧道空气动力学的术语和定义、运行阻力、单列列车过隧道气动效应、隧道交会气动效应、试验和数值计算要素。
TB/T 3503.2适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的隧道空气动力学效应。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注8期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 16566铁路隧道 术语
TB/T3503.3- -2018 铁路应用空气动力学 第3部分:隧道空气动力学要求和试验方法
3术语和定义
CB/T 16566界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了GB/T 16566中某些术语和定义。
3.1铁路隧道railway tunnel
修建在地下或水下,铺设轨道供铁路机车车辆通行的建筑物。
[ CB/T 16566- 1996 ,定义2.1]
3.2压缩波compression wave
扰动使气体压缩,导致压力升高的波。
示例:当列车头部进入隧道时,空气流动受到隧道壁面的限制被阻滞,使列车前端空气受到剧烈压缩,导致空气压力骤然增大而形成压缩波。
3.3膨胀波expansion wave
扰动使气体膨胀,导致压力降低的波。
示例:当列车尾部进人隧道时,经环状空间流人车后隧道空间的空气流量小于列车所排开的空气流量,列车尾部负压绝对值低于大气压,产生膨胀波。
1范围
TB/T 3503.2规定了铁路隧道空气动力学的术语和定义、运行阻力、单列列车过隧道气动效应、隧道交会气动效应、试验和数值计算要素。
TB/T 3503.2适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的隧道空气动力学效应。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注8期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 16566铁路隧道 术语
TB/T3503.3- -2018 铁路应用空气动力学 第3部分:隧道空气动力学要求和试验方法
3术语和定义
CB/T 16566界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用,以下重复列出了GB/T 16566中某些术语和定义。
3.1铁路隧道railway tunnel
修建在地下或水下,铺设轨道供铁路机车车辆通行的建筑物。
[ CB/T 16566- 1996 ,定义2.1]
3.2压缩波compression wave
扰动使气体压缩,导致压力升高的波。
示例:当列车头部进入隧道时,空气流动受到隧道壁面的限制被阻滞,使列车前端空气受到剧烈压缩,导致空气压力骤然增大而形成压缩波。
3.3膨胀波expansion wave
扰动使气体膨胀,导致压力降低的波。
示例:当列车尾部进人隧道时,经环状空间流人车后隧道空间的空气流量小于列车所排开的空气流量,列车尾部负压绝对值低于大气压,产生膨胀波。
标准图片预览
标准内容
ICS45.060.01
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T3503.2—2018
铁路应用
空气动力学
第2部分：隧道空气动力学效应
Railway applications-AerodynamicsPart 2: Aerodynamics effects in tunnels2018-04-12发布
国家铁路局
2018-11-01实施
规范性引用文件
术语和定义
运行阻力
单列列车过隧道气动效应
隧道交会气动效应
试验和数值计算要素
参考文献
TB/T3503.2—2018
TB/T3503.2—2018
TB/T3503《铁路应用
月空气动力学》分为四个部分：第1部分：符号与单位；
第2部分：隧道空气动力学效应；一第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法；一第4部分：列车空气动力学性能数值仿真规范。本部分为TB/T3503的第2部分。
本部分按照GB/T1.12009给出的规则起草。本部分由中国铁道科学研究院标准计量研究所归口。本部分起草单位：中南大学、西南交通大学、中国铁道科学研究院机车车辆研究所、中车唐山机车车辆有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中国铁道科学研究院标准计量研究所。本部分主要起草人：田红旗、周丹、李田、何德华、孔繁冰、邓小军、徐力。H
1范围
空气动力学
铁路应用
第2部分：隧道空气动力学效应
TB/T3503.2—2018
TB/T3503的本部分规定了铁路隧道空气动力学的术语和定义、运行阻力、单列列车过隧道气动效应、隧道交会气动效应、试验和数值计算要素。本部分适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的隧道空气动力学效应。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T16566铁路隧道术语
TB/T3503.3—2018铁路应用空气动力学第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法3术语和定义
GB/T16566界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了GB/T16566中某些术语和定义。
铁路隧道railwaytunnel
修建在地下或水下，铺设轨道供铁路机车车辆通行的建筑物。[GB/T16566—1996,定义2.1]
压缩波compression wave
扰动使气体压缩，导致压力升高的波。示例：当列车头部进人隧道时，空气流动受到隧道壁面的限制被阻滞，使列车前端空气受到剧烈压缩，导致空气压力骤然增大而形成压缩波。
expansion wave
膨胀波
扰动使气体膨胀，导致压力降低的波。示例：当列车尾部进人隧道时，经环状空间流人车后隧道空间的空气流量小于列车所排开的空气流量，列车尾部负压绝对值低于大气压，产生膨胀波。3.4
微气压波micro-pressurewave
当列车进入隧道时，在列车前方产生压缩波，压缩波沿着隧道传播到出口后大部分以膨胀波的形式反射回来，小部分以脉冲形式从隧道出口向外辐射，形成的脉冲状压力波。4运行阻力
列车在隧道内运行，当其他运行条件（平直轨道、匀速运行）与明线相同时，运行阻力公式可采1
TB/T3503.2—2018
用与明线运行相同的形式，区别是第三项应引入隧道气动阻力修正系数，隧道内列车运行阻力由公式(1)计算。
R=C,+Cu.+TCu
式中：
R——运行阻力，单位为牛（N)：C,——滚动阻力,单位为牛(N)；Cz—动量阻力参数，单位为千克每秒（kg/s）：C。——气动阻力参数，单位为千克每米（kg/m）：T一隧道内列车气动阻力修正系数，T，是隧道平均气动阻力与明线气动阻力之比，T,1；一列车运行速度，单位为米每秒（m/s）。(1)
T,与阻塞比B、列车类型、列车长度、隧道长度和列车运行速度等因素有关，其中阻塞比B是最主要的影响因素。特别对于小于2000m的隧道，应考虑列车类型和编组长度对阻力的影响。图1和图2给出了高速列车及货车通过隧道时，在不同列车长度L.、隧道长度L和列车运行速度.下，T,随阻塞比B的变化趋势曲线。T，的计算方法见TB/T3503.3—2018。L-20000m;Lg=200m;=100m/s
*Lu20000mLg-200m；g=60m/s
7La-2000m;L-200m; =100m/s
-L=2000m;Lg-400m;z-100m/s
高速列车隧道气动阻力修正系数变化趋势示意图1
La=20000mLz=500m;x=40m/s
米L=20000m;L=500m;=25m/s
Lu=20000m;Lg=200m;=40m/s
eL-2000m;Lu-500m= =40m/s
图2货车隧道气动阻力修正系数变化趋势示意2
5单列列车过隧道气动效应
5.1概要
TB/T3503.2—2018
当列车通过隧道时，将产生压缩波和膨胀波，两种类型的波以声速沿隧道传播。如果车辆的气密性较差，隧道内的压力变化将传人车内并引起车厢内的压力变化，影响乘客的乘坐舒适性。车厢内外压差也会引起车体结构和其他部件承受瞬变载荷。因此，车辆设计时应考虑这些气动载荷的影响。
5.2瞬变压力
当列车头部进人隧道时，产生一个初始压缩波，该波以声速沿隧道传播，当压缩波传至隧道出口时，以膨胀波的形式反射回来。当列车尾部进人隧道时，产生一个膨胀波，并以声速沿隧道传播，当膨胀波到达隧道出口时，以压缩波的形式反射回来。上述车头和车尾进人隧道时形成的压缩波和膨胀波是隧道内压力波动产生的主要根源。它们形成后在隧道内传播，并在隧道出口及人口以相反的形式反射，使隧道内产生非常复杂的波系，参见图3。出口
压缩波
膨胀波
隧道壁面测点位置
车体表面测点位置
说明：
①一车头进隧道引起的初始压缩波；③—压缩波在隧道口第一次反射；③—膨胀波在隧道口第一次反射：?——车头经过测点；
一车尾进隧道引起的膨胀波：
一压缩波在隧道口第二次反射：车头出隧道引起的压缩波；
车尾经过测点。
图3单列列车过隧道时压力变化历程示意车体表面测点
隧道壁面测点
相同类型的压力波相互叠加将使压力幅值增大，反之，不同类型的压力波叠加将使压力幅值减小。在隧道内不同的位置，压力随时间的变化关系是不同的。对隧道内某一位置，车头和车尾经过时都将3
TB/T3503.2—2018
引起该点的压力变化，其中车头经过时压力开始降低，车尾经过时压力开始升高。图3为单列列车过隧道时压力变化历程。其中，图3中a为隧道内压力波传播示意图，图3中b为车体外表面压力随时间变化历程，图3中c为隧道壁面压力随时间变化历程。单列列车通过隧道时，隧道内的压力变化取决于初始压缩波强度。初始压缩波幅值由公式（2）计算。
式中：
-(1-B)2
(4-B)+\[1-(4-B)-等[1-2-B)]
压力，单位为帕(Pa）；
参考静压，单位为帕（Pa）：
-2（1+））
空气密度，单位为千克每立方米（kg/m\）：声速，单位为米每秒（m/s）；
一比热比；
-列车头部外形系数，0≤5k≤8；S
——列车头部压力损失系数，=B。(2)
对于流线型列车且阻塞比B较小时，车头压力损失系数（大小取决于车头形状）远小于1，可以忽略。此时，初始压缩波的幅值仅为列车运行速度和阻塞比B的函数，见公式（3）。P-Poa
5.3流速
（3）
列车进人隧道时，空气被车头排挤，列车头部至初始压缩波波前区域内的一部分空气以一定的速度沿列车运行方向流动；另一部分空气通过列车和隧道所形成的环状空间向隧道人口方向流动。在隧道内的任何位置，列车经过时在空间上引起的空气流动都是三维的，尤其当轨道不在隧道中心时，隧道内空气流动呈现更明显的三维状态。单列列车过隧道引起的空气流速与以下因素有关：列车运行速度、阻塞比B、列车长度Lw隧道长度L、列车表面粗糙度、隧道壁面粗糙度和隧道内初始空气流速。流速的最大值通常出现在列车车尾经过后，参见图4。
说明：
-列车头部经过测点；
一列车尾部经过测点。
图4单列列车过隧道时引起的气流速度示意4
与列车运动方向相同的隧道纵向气流速度方向定义为流速的正方向。TB/T3503.2-2018
由于漩涡和流的影响，隧道内的空气流动同样有横向和垂向的分速度，这两个方向上的分速度一般不会对列车和乘客造成影响，但却可能会影响列车外部设备。详见TB/T3503.3一2018。5.4隧道内人员和物体受到的气动力隧道内人员和物体受到的气动力是由隧道内空气压力和流动引起的，作用力的大小和方向在列车通过隧道的过程中不断改变，最大值通常出现在列车通过时和列车尾流区。详见TB/T3503.3一2018。5.5其他影响
如果列车完全密封，隧道内的压力变化将不会传人车内，但此时车厢内外的压力差将会增加，车体结构、车门、车窗、通过台等位置承受的气动载荷随之增加。对于不完全密封的车辆，车内的压力变化比车外稍有减缓。车内压力变化可通过传递函数由车外压力计算得到。车内的瞬态压力变化及沿列车长度方向分布不均，将在车内隔离门等部件上产生较大的作用力。如果车辆密封性差，车厢内的压力变化使人体耳膜处产生较大的压差，将引起乘客的不舒适。不舒适性程度与压力变化幅值、单位时间内压力变化、频次及人体的主观反应等因素有关。6隧道交会气动效应
6.1概要
除了单列列车通过隧道引起的压力变化以外，列车在隧道内交会也将导致隧道内压力的快速变化。对于不完全密封的车辆，压力变化将传人车内。车厢内外的压差将对车体结构及部件产生气动载荷，车辆设计时应考虑这些气动载荷的影响。6.2瞬变压力
当列车通过隧道时，尤其在阻塞比和速度较高的情况下，会引起较大的压力变化和气流流动（见第5章）。当列车在隧道内交会时，将引起更大的压力和气流扰动。交会列车头部通过时，观测列车外部压力急剧减小，车内压力减小程度与车体密封性相关；交会列车尾部通过时，压力逐渐恢复。两列列车进出隧道或经过隧道通风井时产生的压力波在隧道内传播和反射也会引起压力变化。图5为列车在隧道内交会时压力变化历程示意图，列车车体表面的压力变化曲线参见图5中b，隧道壁面的压力变化曲线参见图5中c。隧道内列车交会导致的压力变化值与列车进人隧道引起的初始压缩波幅值有关，一般情况下近似为最大初始压力波幅值的2倍，在多种压力波相互叠加的极端情况下，约为初始压力波幅值的3~5倍。
车厢外部压力的变化值与交会列车运行速度的平方及阻塞比B有关。6.3流速
隧道内压力的突变伴随着列车周围环状空间的气流速度改变。列车在隧道内交会时，环状空间的气流速度变化更加复杂。
6.4列车隧道内交会对人员和物体的作用力列车在隧道内交会时引起的压力和空气流动将会对隧道中的人员和物体产生作用力，作用力的大小和方向在列车通过隧道过程中不断改变。极端情况下，列车交会过程中对人员和物体产生的作用力远比单车过隧道时产生的作用力大。6.5其他影响
对于车外部件和货车的装载货物，应考虑列车在隧道交会时引发的空气流动产生的作用力。
TB/T3503.2—2018
隧道壁面测点位置
车1表面测点位置
说明：
车2头部经过测点：
压缩波
一胜滤
车2头部进隧道产生的初始压缩波；?
车2的初始压缩波第一次反射：
车2尾部进隧道产生的膨胀波；
车2尾部经过测点。
车2尾部经过测点：
车1表面测点
隧道壁面测点
一车2尾部进隧道产生的膨胀波：③——车2头部进隧道产生的初始压缩波；8——车2头部经过测点：
图5列车在隧道内交会时压力变化历程示意7试验和数值计算要素
7.1实车试验
7.1.1试验线路
应记录试验线路的如下信息：
位置、地形
线路面：
线间距：
坡度：
曲线半径；
隧道横断面、长度和类型（单双线）；通风井的类型、位置、横断面、长度；隧道洞口缓冲结构。
7.1.2试验条件
试验条件应包含如下信息：
试验次数。
试验工况。
列车参数包括：
机车和车辆类型；
列车编组；
横断面。
气象数据包括：
隧道外风速和风向；
隧道内初始流速；
测试线路的温度和环境压力；
测试物理量及测试仪器
应包含如下信息：
列车运行速度包括：
速度测量仪器；
速度测量方法。
流速包括：
测点位置；
流速测量仪器；
流速测量方法。
压力包括：
测点位置；
压力传感器；
参考压力；
压力测量方法。
气动阻力测量
TB/T3503.2—2018
隧道内气动阻力通过实车试验间接获得。为确获得隧道内气动阻力，应对其测量方法进行精确描述。结合以下内容进行测量：a)
滚动机械阻力测量方法；
冷却空气流量测量方法；
总阻力测量方法；
列车重量：
轮轨状态；
隧道净空有效面积、长度和类型（单双线）；列车横截面积。
分析方法
应对分析方法进行说明。
7.2动模型试验
7.2.1装置
试验装置应包含如下信息：
模型驱动方式：
b）比例、试验段长度、速度等试验平台性能参数。7.2.2
测试物理量及测试仪器
应包含如下信息：
TB/T3503.2—2018
力和力矩包括：
天平类型；
测试精度；
力和力矩坐标轴的定义。
列车运行速度包括：
1）速度测量仪器；
2）其他。
流速包括：
1）皮托管；
多孔探针：
流速测量仪器：
4）其他。
压力包括：
1）压力传感器；
2）响应频率。
模型与试验条件描述
模型与试验条件应包含如下信息：a)
缩尺比例；
材料：
列车及隧道模型加工精度；
轨距；
列车及隧道参数；
模型构成（编组长度、受电弓、转向架、风挡）：隧道内物体的模拟等；
相关参数的范围（速度、马赫数、雷诺数）。7.3数值计算
控制方程
控制方程应包含如下信息：
纳维一斯托克斯方程；
欧拉方程；
其他。
端流模型和计算方法
端流模型和计算方法应包含如下信息：a)
湍流模型；
近壁区处理：
计算格式；
计算区域：
网格划分：
边界条件。
计算验证www.bzxz.net
为验证数值计算的准确性，应至少选择一种典型工况，将数值计算结果与实车试验、动模型试验或标准模型结果进行比较分析。要求隧道压力变化峰一峰值计算结果与试验值的最大允许误差为±10%。当采用不同的计算流体动力学软件（包括相同软件的升级版）或更换计算分析人员时，计算验证应重新进行。
[1]EN14067-3:2003
参考文献
TB/T3503.2—2018
Railway applications-Aerodynamics—Part 3: Aerodynamics in tunnels
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。
中华人民共和国铁道行业标准
TB/T3503.2—2018
铁路应用
空气动力学
第2部分：隧道空气动力学效应
Railway applications-AerodynamicsPart 2: Aerodynamics effects in tunnels2018-04-12发布
国家铁路局
2018-11-01实施
规范性引用文件
术语和定义
运行阻力
单列列车过隧道气动效应
隧道交会气动效应
试验和数值计算要素
参考文献
TB/T3503.2—2018
TB/T3503.2—2018
TB/T3503《铁路应用
月空气动力学》分为四个部分：第1部分：符号与单位；
第2部分：隧道空气动力学效应；一第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法；一第4部分：列车空气动力学性能数值仿真规范。本部分为TB/T3503的第2部分。
本部分按照GB/T1.12009给出的规则起草。本部分由中国铁道科学研究院标准计量研究所归口。本部分起草单位：中南大学、西南交通大学、中国铁道科学研究院机车车辆研究所、中车唐山机车车辆有限公司、中车青岛四方机车车辆股份有限公司、中国铁道科学研究院标准计量研究所。本部分主要起草人：田红旗、周丹、李田、何德华、孔繁冰、邓小军、徐力。H
1范围
空气动力学
铁路应用
第2部分：隧道空气动力学效应
TB/T3503.2—2018
TB/T3503的本部分规定了铁路隧道空气动力学的术语和定义、运行阻力、单列列车过隧道气动效应、隧道交会气动效应、试验和数值计算要素。本部分适用于动车组、机车、客车、货车和自轮运转设备的隧道空气动力学效应。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T16566铁路隧道术语
TB/T3503.3—2018铁路应用空气动力学第3部分：隧道空气动力学要求和试验方法3术语和定义
GB/T16566界定的以及下列术语和定义适用于本文件。为了便于使用，以下重复列出了GB/T16566中某些术语和定义。
铁路隧道railwaytunnel
修建在地下或水下，铺设轨道供铁路机车车辆通行的建筑物。[GB/T16566—1996,定义2.1]
压缩波compression wave
扰动使气体压缩，导致压力升高的波。示例：当列车头部进人隧道时，空气流动受到隧道壁面的限制被阻滞，使列车前端空气受到剧烈压缩，导致空气压力骤然增大而形成压缩波。
expansion wave
膨胀波
扰动使气体膨胀，导致压力降低的波。示例：当列车尾部进人隧道时，经环状空间流人车后隧道空间的空气流量小于列车所排开的空气流量，列车尾部负压绝对值低于大气压，产生膨胀波。3.4
微气压波micro-pressurewave
当列车进入隧道时，在列车前方产生压缩波，压缩波沿着隧道传播到出口后大部分以膨胀波的形式反射回来，小部分以脉冲形式从隧道出口向外辐射，形成的脉冲状压力波。4运行阻力
列车在隧道内运行，当其他运行条件（平直轨道、匀速运行）与明线相同时，运行阻力公式可采1
TB/T3503.2—2018
用与明线运行相同的形式，区别是第三项应引入隧道气动阻力修正系数，隧道内列车运行阻力由公式(1)计算。
R=C,+Cu.+TCu
式中：
R——运行阻力，单位为牛（N)：C,——滚动阻力,单位为牛(N)；Cz—动量阻力参数，单位为千克每秒（kg/s）：C。——气动阻力参数，单位为千克每米（kg/m）：T一隧道内列车气动阻力修正系数，T，是隧道平均气动阻力与明线气动阻力之比，T,1；一列车运行速度，单位为米每秒（m/s）。(1)
T,与阻塞比B、列车类型、列车长度、隧道长度和列车运行速度等因素有关，其中阻塞比B是最主要的影响因素。特别对于小于2000m的隧道，应考虑列车类型和编组长度对阻力的影响。图1和图2给出了高速列车及货车通过隧道时，在不同列车长度L.、隧道长度L和列车运行速度.下，T,随阻塞比B的变化趋势曲线。T，的计算方法见TB/T3503.3—2018。L-20000m;Lg=200m;=100m/s
*Lu20000mLg-200m；g=60m/s
7La-2000m;L-200m; =100m/s
-L=2000m;Lg-400m;z-100m/s
高速列车隧道气动阻力修正系数变化趋势示意图1
La=20000mLz=500m;x=40m/s
米L=20000m;L=500m;=25m/s
Lu=20000m;Lg=200m;=40m/s
eL-2000m;Lu-500m= =40m/s
图2货车隧道气动阻力修正系数变化趋势示意2
5单列列车过隧道气动效应
5.1概要
TB/T3503.2—2018
当列车通过隧道时，将产生压缩波和膨胀波，两种类型的波以声速沿隧道传播。如果车辆的气密性较差，隧道内的压力变化将传人车内并引起车厢内的压力变化，影响乘客的乘坐舒适性。车厢内外压差也会引起车体结构和其他部件承受瞬变载荷。因此，车辆设计时应考虑这些气动载荷的影响。
5.2瞬变压力
当列车头部进人隧道时，产生一个初始压缩波，该波以声速沿隧道传播，当压缩波传至隧道出口时，以膨胀波的形式反射回来。当列车尾部进人隧道时，产生一个膨胀波，并以声速沿隧道传播，当膨胀波到达隧道出口时，以压缩波的形式反射回来。上述车头和车尾进人隧道时形成的压缩波和膨胀波是隧道内压力波动产生的主要根源。它们形成后在隧道内传播，并在隧道出口及人口以相反的形式反射，使隧道内产生非常复杂的波系，参见图3。出口
压缩波
膨胀波
隧道壁面测点位置
车体表面测点位置
说明：
①一车头进隧道引起的初始压缩波；③—压缩波在隧道口第一次反射；③—膨胀波在隧道口第一次反射：?——车头经过测点；
一车尾进隧道引起的膨胀波：
一压缩波在隧道口第二次反射：车头出隧道引起的压缩波；
车尾经过测点。
图3单列列车过隧道时压力变化历程示意车体表面测点
隧道壁面测点
相同类型的压力波相互叠加将使压力幅值增大，反之，不同类型的压力波叠加将使压力幅值减小。在隧道内不同的位置，压力随时间的变化关系是不同的。对隧道内某一位置，车头和车尾经过时都将3
TB/T3503.2—2018
引起该点的压力变化，其中车头经过时压力开始降低，车尾经过时压力开始升高。图3为单列列车过隧道时压力变化历程。其中，图3中a为隧道内压力波传播示意图，图3中b为车体外表面压力随时间变化历程，图3中c为隧道壁面压力随时间变化历程。单列列车通过隧道时，隧道内的压力变化取决于初始压缩波强度。初始压缩波幅值由公式（2）计算。
式中：
-(1-B)2
(4-B)+\[1-(4-B)-等[1-2-B)]
压力，单位为帕(Pa）；
参考静压，单位为帕（Pa）：
-2（1+））
空气密度，单位为千克每立方米（kg/m\）：声速，单位为米每秒（m/s）；
一比热比；
-列车头部外形系数，0≤5k≤8；S
——列车头部压力损失系数，=B。(2)
对于流线型列车且阻塞比B较小时，车头压力损失系数（大小取决于车头形状）远小于1，可以忽略。此时，初始压缩波的幅值仅为列车运行速度和阻塞比B的函数，见公式（3）。P-Poa
5.3流速
（3）
列车进人隧道时，空气被车头排挤，列车头部至初始压缩波波前区域内的一部分空气以一定的速度沿列车运行方向流动；另一部分空气通过列车和隧道所形成的环状空间向隧道人口方向流动。在隧道内的任何位置，列车经过时在空间上引起的空气流动都是三维的，尤其当轨道不在隧道中心时，隧道内空气流动呈现更明显的三维状态。单列列车过隧道引起的空气流速与以下因素有关：列车运行速度、阻塞比B、列车长度Lw隧道长度L、列车表面粗糙度、隧道壁面粗糙度和隧道内初始空气流速。流速的最大值通常出现在列车车尾经过后，参见图4。
说明：
-列车头部经过测点；
一列车尾部经过测点。
图4单列列车过隧道时引起的气流速度示意4
与列车运动方向相同的隧道纵向气流速度方向定义为流速的正方向。TB/T3503.2-2018
由于漩涡和流的影响，隧道内的空气流动同样有横向和垂向的分速度，这两个方向上的分速度一般不会对列车和乘客造成影响，但却可能会影响列车外部设备。详见TB/T3503.3一2018。5.4隧道内人员和物体受到的气动力隧道内人员和物体受到的气动力是由隧道内空气压力和流动引起的，作用力的大小和方向在列车通过隧道的过程中不断改变，最大值通常出现在列车通过时和列车尾流区。详见TB/T3503.3一2018。5.5其他影响
如果列车完全密封，隧道内的压力变化将不会传人车内，但此时车厢内外的压力差将会增加，车体结构、车门、车窗、通过台等位置承受的气动载荷随之增加。对于不完全密封的车辆，车内的压力变化比车外稍有减缓。车内压力变化可通过传递函数由车外压力计算得到。车内的瞬态压力变化及沿列车长度方向分布不均，将在车内隔离门等部件上产生较大的作用力。如果车辆密封性差，车厢内的压力变化使人体耳膜处产生较大的压差，将引起乘客的不舒适。不舒适性程度与压力变化幅值、单位时间内压力变化、频次及人体的主观反应等因素有关。6隧道交会气动效应
6.1概要
除了单列列车通过隧道引起的压力变化以外，列车在隧道内交会也将导致隧道内压力的快速变化。对于不完全密封的车辆，压力变化将传人车内。车厢内外的压差将对车体结构及部件产生气动载荷，车辆设计时应考虑这些气动载荷的影响。6.2瞬变压力
当列车通过隧道时，尤其在阻塞比和速度较高的情况下，会引起较大的压力变化和气流流动（见第5章）。当列车在隧道内交会时，将引起更大的压力和气流扰动。交会列车头部通过时，观测列车外部压力急剧减小，车内压力减小程度与车体密封性相关；交会列车尾部通过时，压力逐渐恢复。两列列车进出隧道或经过隧道通风井时产生的压力波在隧道内传播和反射也会引起压力变化。图5为列车在隧道内交会时压力变化历程示意图，列车车体表面的压力变化曲线参见图5中b，隧道壁面的压力变化曲线参见图5中c。隧道内列车交会导致的压力变化值与列车进人隧道引起的初始压缩波幅值有关，一般情况下近似为最大初始压力波幅值的2倍，在多种压力波相互叠加的极端情况下，约为初始压力波幅值的3~5倍。
车厢外部压力的变化值与交会列车运行速度的平方及阻塞比B有关。6.3流速
隧道内压力的突变伴随着列车周围环状空间的气流速度改变。列车在隧道内交会时，环状空间的气流速度变化更加复杂。
6.4列车隧道内交会对人员和物体的作用力列车在隧道内交会时引起的压力和空气流动将会对隧道中的人员和物体产生作用力，作用力的大小和方向在列车通过隧道过程中不断改变。极端情况下，列车交会过程中对人员和物体产生的作用力远比单车过隧道时产生的作用力大。6.5其他影响
对于车外部件和货车的装载货物，应考虑列车在隧道交会时引发的空气流动产生的作用力。
TB/T3503.2—2018
隧道壁面测点位置
车1表面测点位置
说明：
车2头部经过测点：
压缩波
一胜滤
车2头部进隧道产生的初始压缩波；?
车2的初始压缩波第一次反射：
车2尾部进隧道产生的膨胀波；
车2尾部经过测点。
车2尾部经过测点：
车1表面测点
隧道壁面测点
一车2尾部进隧道产生的膨胀波：③——车2头部进隧道产生的初始压缩波；8——车2头部经过测点：
图5列车在隧道内交会时压力变化历程示意7试验和数值计算要素
7.1实车试验
7.1.1试验线路
应记录试验线路的如下信息：
位置、地形
线路面：
线间距：
坡度：
曲线半径；
隧道横断面、长度和类型（单双线）；通风井的类型、位置、横断面、长度；隧道洞口缓冲结构。
7.1.2试验条件
试验条件应包含如下信息：
试验次数。
试验工况。
列车参数包括：
机车和车辆类型；
列车编组；
横断面。
气象数据包括：
隧道外风速和风向；
隧道内初始流速；
测试线路的温度和环境压力；
测试物理量及测试仪器
应包含如下信息：
列车运行速度包括：
速度测量仪器；
速度测量方法。
流速包括：
测点位置；
流速测量仪器；
流速测量方法。
压力包括：
测点位置；
压力传感器；
参考压力；
压力测量方法。
气动阻力测量
TB/T3503.2—2018
隧道内气动阻力通过实车试验间接获得。为确获得隧道内气动阻力，应对其测量方法进行精确描述。结合以下内容进行测量：a)
滚动机械阻力测量方法；
冷却空气流量测量方法；
总阻力测量方法；
列车重量：
轮轨状态；
隧道净空有效面积、长度和类型（单双线）；列车横截面积。
分析方法
应对分析方法进行说明。
7.2动模型试验
7.2.1装置
试验装置应包含如下信息：
模型驱动方式：
b）比例、试验段长度、速度等试验平台性能参数。7.2.2
测试物理量及测试仪器
应包含如下信息：
TB/T3503.2—2018
力和力矩包括：
天平类型；
测试精度；
力和力矩坐标轴的定义。
列车运行速度包括：
1）速度测量仪器；
2）其他。
流速包括：
1）皮托管；
多孔探针：
流速测量仪器：
4）其他。
压力包括：
1）压力传感器；
2）响应频率。
模型与试验条件描述
模型与试验条件应包含如下信息：a)
缩尺比例；
材料：
列车及隧道模型加工精度；
轨距；
列车及隧道参数；
模型构成（编组长度、受电弓、转向架、风挡）：隧道内物体的模拟等；
相关参数的范围（速度、马赫数、雷诺数）。7.3数值计算
控制方程
控制方程应包含如下信息：
纳维一斯托克斯方程；
欧拉方程；
其他。
端流模型和计算方法
端流模型和计算方法应包含如下信息：a)
湍流模型；
近壁区处理：
计算格式；
计算区域：
网格划分：
边界条件。
计算验证www.bzxz.net
为验证数值计算的准确性，应至少选择一种典型工况，将数值计算结果与实车试验、动模型试验或标准模型结果进行比较分析。要求隧道压力变化峰一峰值计算结果与试验值的最大允许误差为±10%。当采用不同的计算流体动力学软件（包括相同软件的升级版）或更换计算分析人员时，计算验证应重新进行。
[1]EN14067-3:2003
参考文献
TB/T3503.2—2018
Railway applications-Aerodynamics—Part 3: Aerodynamics in tunnels
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。