고속열차의 터널진입시 공기압변동에 관한 기초적 연구

초록

고속으로 달리고 있는 기차가 터널로 진입할 때 터널 내부에는 기차의 Piston action 에 의한 압축파가 형성되고 이러한 압축파는 상당한 압력변동을 일으킨다. 또한 터널 출구부나 열차자체에서 반사된 팽창파와 열차의 후두부에서 형성된 또 하나의 팽창파가 서로 상호작용을 일으켜 시간의 흐름에 따라 터널내부에 압력변동을 야기시킨다. 이때 열차는 항상 터널의 어느 곳에서나 반사된 압력파와 만난다. 이러한 압력변동은 고속철도시스템 기술 중에서 차량과 터널의 상호관련 기술, 특히 고속운행에서 터널진입시 일어나는 비안정적 공기의 움직임에 의한 공기압 변동은 이명현상에 의한 승객의 쾌적감 문제, 터널내부장비 및 구조물에 대한 충격 문제, 터널출구에서의 충격성 소음에 의한 주변 거주민에 대한 환경문제 등을 야기하기 때문에 고속화의 중요 기술로 분류된다. 본 연구에서는 이러한 문제들의 해결을 위하여 그 동안 산발적으로 발표되어진 기존의 연구결과를 체계적으로 정리, 분석하여 종합적인 지식을 습득하고, 이미 알려져 있는 수학 적방정식을 이용한 터널 내부의 압력 변동을 계산하고 이를 이용한 모델터널의 압력 변동 을 계산함으로써 향후에 시행되어질 Computational Fluid Dynamics(CFD)등을 이용한 시 뮬레이션의 결과와의 비교등을 통한 새로운 해석기법의 개발에 초석을 이루고자 한다. 이 러한 철도터널의 미기압파 및 압력변동 시뮬레이션을 통한 새로운 해석기법의 개발은 최 종적으로 터널 미기압파와 압력변동을 고려한 터널단면적 및 입출구형상 설계 기술개발에 목적을 두고 있다. 특히, 앞으로 이루어질 시뮬레이션 해석치와 model test에 의해 얻어지 는 실측 data를 비교 검토한다면 압력변동에 관한 여러현상을 더욱 잘 이해할수 있게 될 것이다. 또한 수치해석 solution들의 타당성이 검증되면 앞으로 터널 미기압파 및 압력변 동에 대해 보다 쉽고도 경제적이게 그리고 더욱 확신을 가지고 예측할수 있을 것이다.