고속열차의 터널진입 압축파 예측에 관한 경험식 연구

초록

고속열차가 터널에 진입할 때 피스톤 효과에 의하여 터널내부의 공기는 압축되어 압력상승이 발생하는데 이 압력상승으로 생성된 압축파는 음속으로 터널출구 방향으로 진행한다. 이 압축파는 터널내부에서 열전달과 점성작용에 의하여 변형되거나 감쇠될 것이다. 터널입구에서 생성되는 압축파의 크기는 그 동안 1차원적인 비점성 해석해 방법으로 예측하였으며, 다양한 열차의 진입속도와 터널내공단면적에서 실제 철도현장의 터널 주행실험 결과보다 매우 낮게 예측한다. 이에 본 연구의 압축파 경험식은 터널 진입 시에 열차 표면의 난류 경계층 두께에 의한 점성효과를 반영하여, 압축파의 크기를 타당하게 예측하는 터널진입 압축파 경험식을 제안한다. 본 연구에서는 다양한 열차/터널단면적의 폐색율 조건과 저속에서 고속까지의 터널진입속도에 대하여 실물 스케일의 철도현장 터널주행실험을 수행하여 열차 진입속도의 함수로 통합된 경험식을 도출하였다.