隧道空氣附加阻力是指列車進入隧道時所附加的空氣阻力。由於列車進入隧道，使空氣流動的截面積減小，因而空氣的流速提高，以及列車頭部的空氣被壓縮和尾部的空氣被稀釋的情況比隧道外加劇，所以作用在列車上的空氣阻力增大。
基本介紹
- 中文名：隧道空氣附加阻力
- 外文名：additional air resistance due to tunnel
- 學科：交通工程
- 領域：交通
- 釋義：列車進入隧道時所附加的空氣阻力
- 套用：軌道交通
簡介,空氣阻力,使用準穩定流方法的合理性,總結,
簡介
隧道空氣附加阻力(additional air resistance due to tunnel)是指列車在隧道內運行時，較空曠路段額外增加的空氣阻力。在隧道內的空氣因受列車擠壓，不易向四周擴散，列車前面空氣壓力增大，尾部空氣稀薄，形成壓力差，空氣還與列車側面和隧道表面產生摩擦，因此較之空曠路段空氣阻力大為增加，其值與隧道長度、行車速度、列車長度、列車外形、隧道斷面積、隧道壁粗糙程度等有關，一般採用試驗歸納出的經驗公式計算。
空氣阻力
在隧道中的列車空氣阻力比明線上大得多。空氣阻力很可能超過運行總阻力的90%，即使在低速運行時它也仍然是運行阻力的主要組成部分。如要使列車在隧道中保持原來行車速度，則需提供另加的發動機功率。因此對高速列車的運營有霓大關係。在既成的隧道中就必需限制行車速度，而對新設計的隧道就要由空氣動力學問題來確定隧道的橫截面積。反之，如在設計階段就注意到適當修正隧道直徑，或加設一些間隔的降壓通道，連通外界大氣或其他隧道，那么上述後患就能減至最小。為了保證能選擇出一合理的結構形式，顯然應將空氣阻力與其他運營因素、工程、環境等因素一起考慮，而採用一個準確易算的計算方法則是最基本的。
空氣阻力值取決於許多因素，這些因素涉及到列車類型及其速度、在隧道內有其他列車、隧道的幾何形狀及其修整表面、通向大氣的通風豎井幾何形狀或聯通其他隧道的橫通道幾何形狀等等。雖然阻力與某些因素具有簡單的關係，例如阻力約與速度的平方成正比，然而阻力和另外一些因素之間的關係就不是那么明顯。因此要考慮到所有因素進行綜合的分析則是相當複雜的事。
使用準穩定流方法的合理性
列車剛入洞口時的空氣壓縮效應使列車阻力顯著增加。由於列車尾端進入洞口，車後壓力下降，這時列車阻力剎那間進一步增加。但當列車尾端的膨脹波到達列車前端時，阻力開始下降。當列車前端入洞口時所產生的壓縮波，到達前方出口後又反射回來抵達車的前端時，就發生了顯著的阻力下降，由於反射波掠過列車引起阻力多次連續的升降，十分象一個衰減振盪，使阻力值最後趨向於穩定。當列車離開隧道的時候，隨著列車前端出了洞口。由再壓縮效應所引起的阻力逐漸下降到明線上的阻力值。
所以，氣體的壓縮性對流動狀態有十分顯著的影響（即它是波的產生和傳播的基礎）。然而，對當前列車的運行速度來說，氣流密度的改變卻十分微小（至多為2-3%）。所以在計算氣流速度和壓力時就不必考慮壓縮性，同時在推斷列車阻力時也不必加以考慮。在這個意義上，採用不可壓縮的分析法是十分合理的。
對所提出方法的最終檢驗，要看其計算結果與軌道試驗實測得的數據相符程度如何。雖然已公布的有關隧道中列車阻力的資料很少，但也有充分資料足以證明這個方法的正確性。例如，對不同長度的簡易隧道的實測結果。
總結
在選擇鐵路長隧道的最佳結構形式和橫斷面尺寸工作中，隧道設計者面臨的主要障礙是缺乏列車空氣阻力的綜合資料。根據準穩定流假設的比較簡單的方法，可用於求得各種不同類型的列車在各種不同類型的隧道中運行時的平均阻力值。
