Étude aérodynamique des tunnels ferroviaires à grande vitesse avec section transversale variable utilisant un volume d'excavation équivalent

Les tunnels ferroviaires à grande vitesse, en tant que composants critiques de l'infrastructure de transport, sont soumis à divers effets aérodynamiques qui peuvent impacter les opérations des trains et le confort des passagers. Pour faire face à ces défis, le concept de tunnels avec sections transversales variables offre une solution prometteuse, permettant des ajustements non uniformes de la géométrie des tunnels le long de leur longueur. En utilisant la notion de volume d'excavation équivalent, cet article vise à fournir une analyse aérodynamique complète des tunnels à section transversale variable, en se concentrant sur différents taux de variation de la section transversale (CR). La simulation des trains à grande vitesse (HST) passant à travers les tunnels est réalisée en utilisant le modèle de Navier-Stokes moyenné par Reynolds compressible et non stationnaire, et l'exactitude est confirmée par une validation expérimentale. La pression transitoire et la distribution des pics, les caractéristiques du courant d'air, les micro-onde de pression et les charges aérodynamiques agissant sur les trains sont pleinement évaluées. Les résultats indiquent que les tunnels à section transversale variable peuvent atténuer la pression négative sur la surface des trains, en particulier avec des têtes et des queues profilées présentant des effets supérieurs, tandis que son influence sur la pression positive est minimale. L'atténuation des pressions positives et négatives sur les tunnels est prometteuse, avec des pressions maximales pic-à-pic présentant une diminution quadratique à mesure que le CR augmente, résultant en un soulagement maximal de 17,7 %. Cependant, les tunnels à section transversale variable ont certains effets néfastes sur les courants d'air et les charges transitoires lorsque les HST passent à travers des jonctions avant. Il est donc nécessaire de choisir un CR approprié pour contrôler ces effets lors du processus de conception. Les résultats de cette recherche contribuent à fournir de nouveaux aperçus pour optimiser la conception des tunnels et les pratiques d'ingénierie afin d'améliorer l'efficacité opérationnelle et le confort des passagers.