Page 153 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 王凯文，等：时速 600 公里磁浮列车穿隧运行时洞口微气压波抑控研究 1357

多孔介质 格分辨率。计算域采用各向同性的六面体网格对重

缓冲结构
压力 叠网格区域和背景区域进行离散化处理。为实现网
出口 47.6H
1.84H-δ
1.84H 格平滑过渡，计算域被划分为若干连续加密区域。
多孔涂层 以中等网格分辨率为例，列车表面、重叠网格区域
多孔涂层
多孔涂层 Train
壁面 0.75H 和隧道的各向同性网格尺寸分别为
0.75H z
压力入口 z 0.014H、0.048H
y y o
L tu 1.33H 和 0.048H。针对极小悬浮间隙区域，列车运行测轨
1.33H
压力 y z 道附近的网格尺寸设置为 0.024H。
入口 o
多孔介质 L P 入口 出口
缓冲结构 L 2 3 ∆x∆y∆z / H 0.02 0.32 0.62
71.4H x tu x M
L tr y=0
14.3H 0.65H 平面
z 0.65H
o x z=0.5H
28.6H
平面
图 2 计算域与边界条件
Fig. 2 Computational domain and boundary conditions
冲结构，其横截面与隧道相同。抑控方案工况在隧
列车 缓冲结构
道两端设置多孔介质缓冲结构，且于隧道全线铺设
多孔涂层。多孔介质缓冲结构厚度为 10 mm，长度 L p 图 3 空间网格加密策略与表面网格分辨率
为 5 m；多孔涂层厚度为 20 mm。 Fig. 3 Spatial grid refinement strategy and surface grid
resolution
计算域由背景区域、重叠网格区域和多孔区域
三个部分组成。以隧道入口地面中心点为坐标原 为评估网格分辨率对隧道气动效应计算精度的
点，直角坐标系中的 x、y 和 z 轴分别定义为流向、展 影响，本研究采用粗、中、细三套网格进行对比分
向和垂向方向。磁浮列车位于 21H × 1H × 1.2H 的重 析。三套网格采用相同的网格离散方法与壁面法向
叠网格区域中，与背景区域建立重叠网格交接面。 分辨率，仅在流向和展向上逐级加密网格尺寸。针
该重叠网格底部与轨道和地面保持相同界面，以便 对 近 壁 面 流 动 结 构 的 精 确 解 析， 在 列 车 表 面 设 置
于流场信息交互。为确保初始流场快速稳定，头车 15 层棱柱层网格，其网格法向增长率为 1.2，总高度
鼻尖点与隧道入口的流向距离 L 2 为 11.9H。左侧空 为 0.03H。 首 层 网 格 中 心 至 壁 面 的 法 向 距 离 n 为
气域为 71.43H × 28.57H × 14.29 H 的长方体，以模拟 3.5×10 H，可确保壁面法向平均无量纲分辨率 n 小
+
−4
列车在大气环境的明线运行状态，其入口、顶部及 于 1。此处 n 定义为 n =nμ τ /υ，其中，μ τ 为摩擦速度，
+
+
侧面均设置为压力入口边界。为匹配微气压波的传 υ 为运动黏度。按照上述网格策略，粗、中和细网格
7
播特性，右侧流场采用半径为 47.62H 的四分之一球 的数量分别为 4.1×10 、5.5×10 和 7 6.8×10 。因此，上
7
体空气域。右侧空气域的出口边界设置为压力远 述计算域空间网格加密策略、表面网格分辨率策
场，以避免微气压波在出口界面发生反射。此外，两 略和附面层网格策略共同形成了计算域网格离散
侧空气域流场底部、隧道底部、隧道表面与隧道相 依据。

连垂直面均设置为壁面边界条件。
1.3 求解参数设置
为评估磁浮列车穿越隧道时的气动效应，仿真
监测微气压波、隧道壁面和车体表面的时程压力数 本文仿真计算采用基于 SST κ-ω 的 URANS 湍流
据。如图 1 和图 2 所示，车体表面、隧道壁面及微气 模型来求解列车穿越隧道引发的气动效应 [22] 。由于
压波测点均布置于 z=0.65H 高度，其测点为图中的红 列车速度高于 0.3 Ma，且考虑到穿隧压缩效应，空气
点。列车表面和隧道壁面测点沿流向均匀分布，而 被设置为可压缩气体。为精准求解压缩波强非线性
微气压波测点则布置在距缓冲结构出口 0.5~2.5 m 效应的演化过程，不仅需要高分辨率的网格，还需要
范围内。为方便描述，车体表面测点与车头鼻尖点 较高精度的空间和时间离散格式。因此，非定常隐
的流向距离定义为 x tr ，隧道壁面测点与隧道入口的 式时间推进采用二阶精度。空间离散的对流项采用
流向距离定义为 x tu ，微气压波测点与缓冲结构出口 混合 MUSCL 三阶/中心差分方法，其中，中心差分具
的流向距离定义为 x M 。 有二阶精度。扩散项梯度插值采用基于最小二乘法

的单元方法，并结合 Minmod 梯度限制器以提高插值
1.2 网格离散策略
精度和稳定性。通过内部面上的扩散通量校正，获
图 3 展示了计算域空间网格加密策略和表面网 得了梯度的二阶表达式。采用半隐式连接压力方程