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승객 이명감 기준을 만족하는 고속철도 터널 최소 단면적에 대한 연구
A STUDY ON THE MINIMUM CROSS-SECTIONAL AREA OF HIGH-SPEED RAILWAY TUNNEL SATISFYING PASSENGER EAR DISCOMFORT CRITERIA 원문보기

한국전산유체공학회지 = Journal of computational fluids engineering, v.20 no.3 = no.70, 2015년, pp.62 - 69  

권현빈 (한국교통대학교 교통시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Pressure change inside cabin as well as in tunnel has been calculated to assess the passenger pressure comfort of high-speed train. $C-STA^{TM}$, a CFD program based on axi-symmetric Navier-Stokes equation and Roe's FDS has been used to simulate the pressure change in tunnel during a high...

주제어

#고속철도   #승객 이명감   #철도 터널   #전산유체역학   #기밀도  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 축대칭 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 고속열차 주행 시 터널 내부 및 열차 내부의 압력변동을 해석 하였으며, 열차 속도, 터널 단면적, 터널 길이에 따른 객실내 압력변동의 관계를 조사하였다. 또한, 계산 결과를 국내외 승객이명감 기준과 비교하여 이를 만족하는 최소 터널 단면적을 도출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
열차 내부의 압력 변동은 무엇을 유발하는가? 터널 출구에서 반사된 압축파는 팽창파로 바뀌어 다시 터널 입구 방향으로 전파되게 되며, 이러한 압축파 및 팽창파로 인하여 터널 내 압력은 지속적으로 급격히 변화하게 되는데, 이러한 압력 변동의 영향으로 열차 내부의 압력도 변화하게 된다. 또한 열차 내부의 압력 변동은 승객의 이명감을 유발하게 되는데, 이에 따라 국내에서는 차량의 제작과 선로의 설계 시에 객실내 기압변화의 기준을 만족할 수 있도록 법률로서 규정하고 있으며[1], 국내의 200 km/h 이상 고속철도는 이를 고려하여 차량의 기밀도, 터널의 단면적 등을 결정하여야 한다.
철도터널의 단면적을 적절히 설계하기 위해 필요한 것은 무엇인가? 철도터널의 단면적을 적정하게 설계하기 위해서는 터널 내 공기압 변동 및 미기압파를 정확하게 예측할 수 있어야 하고, 이를 위해 터널과 열차의 상호 작용에 대한 공기역학적 해석 기술을 확보하는 것이 필요하다.
고속철도 터널은 기존 터널보다 단면적이 커지며 이 때문에 건설비가 증가하기 때문에 필요한 것이 무엇인가? 고속철도 터널은 객실 내 압력변동과 그로 인한 승객 이명감, 터널 출구에서 방사되는 미기압파 등의 공기역학적인 문제가 발생하기 때문에 이를 완화하기 위하여 기존 터널보다 단면적이 커지며 이 때문에 건설비가 증가하게 된다. 따라서, 공기역학을 고려한 설계 및 엔지니어링 기술의 적용을 통해 철도터널의 단면적을 적정한 수준으로 결정하여 건설비를 절감하는 것이 필요하다.
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참고문헌 (15)

  1. 2006, Guide for safety standard of Rolling stock, Ministry of Construction & Transportation, No.2006-247. 

  2. 1973, Fox, J.A. and Vardy, A.E., "The Generation and Alleviation of Air Pressure Transients caused by the High Speed Passage of Vehicles through Tunnels," Proc. of 1st ISAVVT, pp.G-3.49-64. 

  3. 1979, Vardy, A.E. and Dayman, B., "Alleviation of Tunnel Entry Pressure Transients : 2. Theoretical Modeling and Experiment Correlation," Proc of 3rd Intl. Symp. on the Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels(ISAVVT), H2. pp.363-376. 

  4. 1997, Wolf, W.B. and Demmenie, E., "A New Test Facility for the Study of Interacting Pressure Waves and their Reduction in Tunnels for High-speed Trains," International Symposium on Aerodynamics and Ventilation of Vehicle Tunnels. 

  5. 2001, Auvity, B., Bellenoue, M. and Kageyama, T., "Experimental study of the unsteady aerodynamic field outside a tunnel during a train entry," Experiments in Fluids, Vol.30, N.2, pp.221-228. 

    상세보기 crossref

  6. 2010, Fukuda, T., Saito, H., Miyachi, T., Kikuchi, K. and Iida, M., "Model Experiments on the Tunnel Compression Wave Using an Axisymmetric and Three-dimensional Train Model," Proceedings of the 10th International Workshop on Railway Noise, Nagahama, Japan, 18-22 October 2010, pp.397-404. 

  7. 1993, Maeda, T., Matsumura, T., Iida, M., Nakatani, K. and Uchida, K., "Effect of Shape of Train Nose on Compression Wave Generated by Train Entering Tunnel," International Conference on speedup technology for railway and maglev vehicles, Nov.22-26, 1993, Yokohama, Japan, pp.315-319. 

  8. 1999, Aoki, T., Vardy, A.E. and Brown, J.M.B., "Passive Alleviation of Micro-pressure Waves from Tunnel Portals," Journal of Sound and Vibration, Vol.220, No.5, pp.921-940. 

    상세보기 crossref

  9. 2001, Kwon, H.B., A study on the unsteady compressible Flow Field induced by a high-speed train passing through a tunnel. Ph.D. dissertation, Seoul National University. 

  10. 2003, Kwon, H.B., Kim, T.Y., Lee, D.H. and Kim, M.S., "Numerical Simulation of Unsteady Compressible Flows Induced by a High-speed Train Passing through a Tunnel," Proceedings of the IMECH E Part F Journal of Rail and Rapid Transit, Vol.217, pp.111-124. 

  11. 2005, International Union of Railways, UIC code 779-11 2nd edition: Determination of railway tunnel cross-sectional areas on the basis of aerodynamic considerations. 

  12. 2002, International Union of Railways, UIC code 660 2nd edition: Measures to ensure the technical compatibility of high-speed trains. 

  13. 1999, Office for Research and Experiments of the International Union of Railways, Report C 218/RP1: Base-line Comfort Criteria - A "Base-line" pressure comfort criterion for unsealed and sealed train operation in tunnels. 

  14. 2012, Korea railroad research institute, final report of study for railway construction competitiveness achievement (aerodynamics part). 

  15. 2009, Arup, Route Engineering Study Final Report: A report for HS2, Retrieved September 9, 2015, from railways archive : http://www.railwaysarchive.co.uk/documents/HS2_RouteEngineeringStudyAppendices_2010.pdf. 

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