دراسة ديناميكية هوائية لنفق السكك الحديدية عالية السرعة مع مقطع عرضي متغير باستخدام حجم الحفر المعادل

تعتبر أنفاق السكك الحديدية عالية السرعة مكونات حيوية للبنية التحتية للنقل، وهي عرضة لتأثيرات ديناميكية هوائية متنوعة يمكن أن تؤثر على عمليات القطارات وراحة الركاب. لمعالجة هذه التحديات، يقدم مفهوم الأنفاق ذات المقاطع العرضية المتغيرة حلاً واعداً، مما يسمح بإجراء تعديلات غير منتظمة في هندسة النفق على طوله. باستخدام مفهوم حجم الحفر المعادل، تهدف هذه الورقة إلى تقديم تحليل ديناميكي هوائي شامل للأنفاق ذات المقطع العرضي المتغير، مع التركيز على معدلات مختلفة من تقلب المقاطع العرضية (CR). يتم إجراء محاكاة القطارات عالية السرعة (HSTs) التي تمر عبر الأنفاق باستخدام نموذج نافير-ستوكس المعدل الانسيابي غير المستقر، ويؤكد الدقة من خلال التحقق التجريبي. يتم تقييم الضغط المتغير وتوزيع القمة، وخصائص تيارات الانزلاق، وموجات الميكرو-ضغط، والأحمال الديناميكية الهوائية المؤثرة على القطارات بشكل كامل. تشير النتائج إلى أن الأنفاق ذات المقاطع العرضية المتغيرة يمكن أن تخفف الضغط السلبي على سطح القطار، وخاصة مع الرؤوس والتذييلات الانسيابية التي تظهر تأثيرات متفوقة، بينما تأثيرها على الضغط الإيجابي ضئيل. إن تخفيف كل من الضغوط الإيجابية والسلبية على الأنفاق واعد، حيث يظهر الحد الأقصى لضغط القمة إلى القمة انخفاضاً تربيعياً مع زيادة CR، مما يؤدي إلى تخفيف أقصى يبلغ 17.7%. ومع ذلك، فإن الأنفاق ذات المقاطع العرضية المتغيرة لها بعض الآثار السلبية على تيارات الانزلاق والأحمال العابرة عند مرور HSTs من خلال الوصلات الأمامية. لذلك، من الضروري اختيار CR المناسب للتحكم في هذه التأثيرات خلال عملية التصميم. تسهم نتائج هذا البحث برؤية جديدة لتحسين تصميم الأنفاق وممارسات الهندسة لتعزيز الكفاءة التشغيلية وراحة الركاب.