列车隧道空气动力.ppt

複雜列車隧道系統之空氣動力分析及結果動畫展示 一、 前言 二、 地下列車空氣動力分析之目的 三、 地下軌道列車曾遭遇之情況 四、 地下列車空氣動力之物理現象 五、 SAFT(Simulate Air Flow in Train-Tunnel)之驗證 六、 SAFT之應用及模擬結果動態展示 一、前言 海峽兩岸鐵公路之連結，長度約為130公里，水深約60多米，無論採用橋樑或隧道，都將是世界上最浩大及最艱鉅的大工程之ㄧ。 如考量公路聯通兩岸，在130公里長之海上距離再加上兩端引道，無論橋隧是否有必要在中途設置休息站，將是工程的大挑戰。 目前世界上跨海公路橋樑都在40公里以下。而長隧道對公路汽車排氣將嚴重挑戰隧道內之環境品質，因此，世界上之長隧道公路都在30公里以下。在長公路橋樑之緊急事故救援將會是嚴重的考驗，對於長公路隧道不僅救援外還要增加旅客緊急逃生之考量。 世界上鐵路隧道有多條在50公里以上，最長為瑞士之Gotthard Base隧道約為57公里。 三、地下軌道列車曾遭遇之情況 巡軌列車將地下車站出入口之鐵捲門破壞。 列車通過不停靠之地下車站時，列車需減速而無法以原設計速度通過。 多起隧道內的門受到風壓之破壞。 列車於隧道之設計行車速度是否有改善之空間？ 如何評估地下隧道或車站承受風壓之標準？ 四、 地下列車空氣動力之物理現象 列車進隧道之壓力產生 壓力之影響 各國對列車隧道之壓力標準 改善之方法 1. 列車進隧道之壓力產生 2. 壓力之影響 Ａ.　隧道內 Ｂ.　隧道外 Ｃ.　設備 Ｄ.　列車行進速度之穩定性 Ｅ.　隧道之通風 Ｆ.　列車耗能情況 Ａ.隧道內： 旅客或隧道內之維修人員在短時間內受到過大的壓力改變， 將產生耳鳴、頭暈等不舒服現象。 Ｂ.隧道外： 高速列車進入隧道產生一股強烈之正壓力波，當此壓力波傳 抵下游隧道出口時，衝出隧道口對隧道口外之空氣產生撞擊 ，該撞擊波隨著空間擴大而稀薄化，此種波動稱為微壓波 (Micro Pressure Wave) ，該微壓波將會產生令人不愉悅的 噪音使隧道出口附近住民受到干擾，這種現象稱為音爆 (Sonic Boom)。 UIC之壓力標準(2002) 六、SAFT之應用及模擬結果動態展示 單列車進入擬歐洲隧道之模擬(ChannelTun) 雙列車進入擬歐洲隧道之模擬(ChannelTunMeet) 列車於隧道內相會(meet1) 列車於隧道內相會(meet2) 單列車在連續之捷運車站之模擬(MRT) 簡 報 完 畢 謝 謝 大 家 財團法人中興工程顧問社 Sinotech Engineering Consultants, INC. -*- 2008年12月23日 簡 報 者 黃 國 倫 中興工程顧問社 土木水利工程應用研究中心 - １ - 2008兩岸橋樑隧道工程學術研討會 簡報內容 - 2 - - 3 - 歐洲隧道 全長50.5公里，包括海底37.9公里及陸地之12.6公里， 其平均深度為海床下45公尺，最大水深為55公尺。 - 4 - 於1974年成立基金開始正式研究(之前已進行系列的研究，包括列車空氣動力 研究)，1986年簽約開始建造，並於1988年開始隧道施工，而在1990年服務隧 道(service tunnel)貫通，並於1994年完成列車隧道與通車。 二、地下列車空氣動力分析之目的 依據瑞士及德國之經驗發現經空氣動力分析之隧道斷面將可大為縮減，甚至可以縮減達四分之ㄧ以上之開挖斷面。 長列車隧道通風分析將可使隧道佈置更合理化，不僅可顧及旅客舒適度與安全性，且可以節約工程建造及營運管理之費用。 當隧道通風發生問題時，事後的補救措施可能非常棘手，且所需之費用可能非常龐大。 - 5 - - 6 - - 7 - A. 壓力之瞬間產生 B. 瞬間壓力之再增加 C.壓力波之傳播 D.列車通過短豎井 - 8 - 活塞 A. 壓力之瞬間產生 列車行車速度較大差異於隧道內之空氣流速。 列車與隧道斷面之比值越大，產生之壓力越大。 車頭設計流線化將降低壓力強度。 壓力約為列車車速之平方關係。 隧道 列車 - 9 - 相 對 壓 力 Pa - 10 - B. 瞬間壓力之再增加 受到列車前後隧道空氣流動之影響，將使隧道壓力有再增加之現象。 隧道壁摩阻係數越大，產生之壓力波越強。 車身摩阻係數越大，產生之壓力波越強。 隧道 列車 - 11 - C. 壓力波之傳播 壓力波以空氣之音速傳播，約為 330 m/s。 音速遠大於列車速度。 (目前世界最快之試驗列車速度約為：158 m/s) 當壓力波傳抵下游之隧道口會反射回隧道內；再傳至 車頭時產生較強烈之負