激波削弱系统的制作方法

本发明涉及隧道管道技术领域，特别涉及一种激波削弱系统。

背景技术：

当两列动车组在隧道或者管道内交会，或者单列动车组在隧道或者管道内高速运行，且动车组的交会速度或者运行速度超过0.8马赫数时，动车组的车头前端则会形成激波。隧道或者管道内产生激波主要是由于动车组在密闭空间内高速运行时，气动激波能量无法释放，经隧道或管道内壁面反射后堆积而成，从而造成动车组阻力激增。由于激波造成压力和气体密度等物理参数的激增，使动车组的阻力急剧增加，从而加大能耗，甚至影响动车组行车安全。在一些高山、地下或者水下必须要建设隧道或者管道的地方，如何去削弱激波对动车组的影响，保证动车组行车安全是目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种激波削弱系统，能够有效削弱激波对动车组的影响，保证动车组行车安全。

本发明实施例提供了一种激波削弱系统，包括：

缓冲装置，所述缓冲装置上设有若干通孔，所述缓冲装置的外侧用于与隧道或管道内壁面连接。

上述技术方案至少具有以下有益效果：本发明实施例的技术方案中，激波削弱系统包括缓冲装置，缓冲装置上设有若干通孔，缓冲装置的外侧用于与隧道或管道内壁面连接。通过在隧道或管道内壁面设置缓冲装置，缓冲装置中的通孔能够有效降低激波的冲击压力。具体地，动车组在隧道或管道内运行时，由于高速运动将产生激波，激波将穿透至通孔内，以被通孔逐步吸收削弱，从而使得激波无法通过隧道或管道内壁面反射后堆积，以进一步削弱激波对动车组的影响。与现有技术相比，本发明实施例的技术方案，能够有效削弱激波对动车组的影响，保证动车组行车安全。

根据本发明的一些实施例，所述缓冲装置为拱形结构或者圆形结构。

根据本发明的一些实施例，所述通孔呈圆形并等间距地排列在所述缓冲装置上。

根据本发明的一些实施例，所述通孔呈圆形、三角形、矩形、多边形中的任意至少一种。

根据本发明的一些实施例，每个所述通孔均包括直通孔和两个喇叭孔，每个所述喇叭孔均设有第一孔端和第二孔端，所述第一孔端的内径大于所述第二孔端的内径，每个所述第一孔端分别位于所述缓冲装置的外侧和内侧上；所述直通孔的直径等于所述第二孔端的内径，所述直通孔位于两个所述喇叭孔之间且分别与两个所述第二孔端连通。

根据本发明的一些实施例，所述直通孔的高度大于所述喇叭孔的高度。

根据本发明的一些实施例，所述喇叭孔为圆台形。

根据本发明的一些实施例，所述激波削弱系统还包括吸能板，所述吸能板与所述缓冲装置连接，所述吸能板还用于与所述隧道或管道内壁面连接。

本发明的附加方面将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例所提供的一种激波削弱系统的结构示意图；

图2是本发明一个实施例所提供的一种激波削弱系统的通孔的结构示意图；

图3是本发明另一个实施例所提供的一种激波削弱系统的通孔的截面示意图；

图4是本发明一个实施例所提供的一种激波削弱系统的风洞基地的结构示意图；

图5是本发明一个实施例所提供的一种激波削弱系统的计算域及边界条件示意图；

图6是本发明一个实施例所提供的一种激波削弱系统的压力差结果对比示意图。

附图标记：

缓冲装置100、外侧110、内侧120；

通孔200、喇叭孔210、第一孔端211、第二孔端212、直通孔220；

引管300、计算域入口310、计算域出口320；

隧道400。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1、图2，本发明实施例提供了一种激波削弱系统，包括：缓冲装置100，缓冲装置100上设有若干通孔200，缓冲装置的外侧110用于与隧道400或管道内壁面连接。

具体地，本发明实施例的技术方案中，激波削弱系统包括缓冲装置100，缓冲装置100上设有若干通孔200，缓冲装置的外侧110用于与隧道400或管道内壁面连接。通过在隧道400或管道内壁面设置缓冲装置100，缓冲装置100中的通孔200能够有效降低激波的冲击压力。具体地，动车组在隧道400或管道内运行时，由于高速运动产生激波，激波将穿透至缓冲装置100中的通孔200内，以被通孔200逐步吸收削弱，从而使得激波无法通过隧道400或管道内壁面反射后堆积，以进一步削弱激波对动车组的影响。在其他实施例中，在隧道400或管道内壁面内也可以设置多层缓冲装置100，且各层缓冲装置100之间的通孔200的位置保持对齐，以加强对激波的削弱效果。

上述技术方案至少具有以下有益效果：与现有技术相比，本发明实施例的技术方案，能够有效削弱激波对动车组的影响，保证动车组行车安全。

根据本发明的一些实施例，缓冲装置100为拱形结构或者圆形结构。

由于现有的隧道400通常为拱形结构，将缓冲装置100设置为拱形结构，能够更契合现有的隧道400的结构。而现有的管道通常为圆形结构，将缓冲装置100设置为圆形结构，也能够更契合现有的管道的结构。本实施例通过将拱形结构或圆形结构的缓冲装置100设置在隧道400或管道内壁面，便于单列或双列动车组在缓冲装置100内运行，从而使得动车组产生的激波被通孔200吸收削弱。

根据本发明的一些实施例，通孔200呈圆形并等间距地排列在缓冲装置100上。

在本发明实施例中，通过将圆形通孔等间距地设置在缓冲装置100上，缓冲装置100具有一定厚度，圆形通孔穿过了缓冲装置100。当动车组在隧道400或管道内产生激波后，激波将穿透至圆形通孔内，均匀排列的圆形通孔将激波进行吸收削弱，以减少激波的冲击力。

根据本发明的一些实施例，通孔200呈圆形、三角形、矩形、多边形中的任意至少一种。

在本发明实施例中，通孔200可以呈圆形、三角形、矩形、多边形等中的任意至少一种，使得激波穿过通孔200后被削弱。在其他实施例中，缓冲装置100上的通孔200还可以为多种形状组合，例如圆形通孔与三角形通孔之间的组合，或者圆形通孔与矩形通孔、多边形通孔之间的组合。

参照图3，根据本发明的一些实施例，每个通孔200均包括直通孔220和两个喇叭孔210，每个喇叭孔210均设有第一孔端211和第二孔端212，第一孔端211的内径大于第二孔端212的内径，每个第一孔端211分别位于缓冲装置的外侧110和内侧120上；直通孔220的直径等于第二孔端212的内径，直通孔220位于两个喇叭孔210之间且分别与两个第二孔端212连通。

在本发明实施例中，每个通孔200内均设置有两个喇叭孔210和一个直通孔220，使得激波依次经过第一个喇叭孔210、直通孔220和第二个喇叭孔210后被逐步削弱。每个第一孔端211分别位于缓冲装置的外侧110和内侧120上，使得激波从缓冲装置100的内侧120中的第一孔端211进入通孔200。由于第一孔端211的内径大于第二孔端212的内径，使得更多的激波从第一孔端211穿透到直通孔220内。直通孔220的直径小于第一孔端211，便于直通孔220对激波作进一步吸收削弱。激波自直通孔220穿出后到达第二个喇叭孔210，第二个喇叭孔210的第一孔端211位于缓冲装置的外侧110，且第一孔端211的内径大于第二孔端212的内径，使得激波自直通孔220穿出后被第二个喇叭孔210扩散出来，从而使得激波无法再通过隧道400或管道内壁面反射后堆积，以进一步削弱激波对动车组的影响，从而保证动车组的行车安全。在一些实施例中，喇叭孔210可以为圆台形。

根据本发明的一些实施例，直通孔220的高度大于喇叭孔210的高度。

在本发明实施例中，将直通孔220的高度设置为大于喇叭孔210的高度，使得激波经过高度较高的直通孔220时，激波无法在直通孔220内形成反射，从而被通孔200削弱冲击力。

根据本发明的一些实施例，激波削弱系统还包括吸能板，吸能板与缓冲装置100连接，吸能板还用于与隧道400或管道内壁面连接。

在本发明实施例中，激波削弱系统还包括吸能板。通过设置吸能板，加强对激波的削弱效果，使得激波被吸能板吸收后，无法再通过隧道400或管道内壁面反射后堆积，从而削弱激波对动车组的影响，具有实用性。具体地，吸能板可以采用泡沫混凝土、气凝胶、弹性材料等。

下面以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的激波削弱系统。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

本发明实施例的激波削弱系统，主要是通过在隧道400或管道内壁面再增加一个缓冲装置100，以削弱激波的影响。

具体地，通过在隧道400或管道内壁面添加缓冲装置100，该缓冲装置100为多孔结构，其能够有效降低激波的冲击压力。

在本发明实施例中，通过利用风洞试验来测试缓冲装置100的流阻特性。

风洞试验基于风洞基地进行。参照图4，本实施例的风洞基地为回字形结构，包括低速段和高速段两个试验段，低速段的横断面尺寸为2m*1.6m，长度为3.2m；高速段的横断面尺寸为1m*0.8m，长度为3.4m。

本实施例的风洞试验在高速段进行，高速段的最高风速可达40m/s。在本次风洞试验中，采用圆形结构的缓冲装置100。缓冲装置100的直径设置为400mm，定义为d；缓冲装置100上设有6000个通孔200，通孔200呈圆形并等间距地排列在缓冲装置100上。通孔200的深度和缓冲装置100的厚度一致，均为5mm。其中，通孔200由三部分组成，每个通孔200均包括直通孔220和两个喇叭孔210，每个喇叭孔210均设有第一孔端211和第二孔端212，第一孔端211的内径大于第二孔端212的内径，每个第一孔端211分别位于缓冲装置的外侧110和内侧120上；直通孔220的直径等于第二孔端212的内径，直通孔220位于两个喇叭孔210之间且分别与两个第二孔端212连通。直通孔220的高度为2.4mm，直径为0.8mm；两个喇叭孔210的高度均为1.3mm，喇叭孔210的第一孔端211的内径为2mm。高速段的入口和出口中心均布置皮托管测量流速。根据风洞试验，测试不同风洞风速下缓冲装置100前后的压力差和流速。

为了更好验证风洞试验数据，本实施例再通过构建仿真模型来进行数值计算，以对比仿真实验结果和风洞试验结果。具体地，根据缓冲装置100的特征尺寸，引管300高度同样设置为d；引管300长度为5d，共计2m。缓冲装置100置于引管300中间，高速段的高度为0.8m，表示为2d；高速段的宽度为1m，表示为2.5d；计算域内的引管300前为5d，引管300后为15d，具体如图5所示。在边界条件的设置中，计算域入口310为速度入口，计算域出口320为压力出口，计算域壁面和引管壁面均为壁面，引管300内中空，缓冲装置100设置为多孔介质。

通过构建仿真模型并进行仿真计算后，得到粘滞阻力系数对缓冲装置100前后的压降影响显著，但惯性阻力系数对压降影响微弱，基本不影响计算结果，故只分析粘滞阻力系数对压降的影响。通过计算得到不同风洞风速下缓冲装置100前后的压力差和流速，并将仿真实验结果与风洞试验结果进行对比，具体结果如图6所示，其中带菱形标记的曲线代表不可压缩气体仿真实验结果，带正方形标记的曲线代表可压缩气体仿真实验结果，带三角形标记的曲线代表风洞试验结果。

根据上述仿真实验结果与风洞试验结果，可得到，本实施例的缓冲装置100可以有效降低压力冲击的影响，设置缓冲装置100前后的压力差效果显著。故本实施例通过将缓冲装置100设置在隧道400或管道内壁面，可以大大削弱动车组高速运行时产生的激波的影响。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体地”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

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