Numerical simulation of a high-speed train entering into a tunnel

This work aims at the development of a three-dimensional numerical code for the simulation ofhigh-speed trains entering tunnels in order to propose solutions to reduce nuisances caused. Theairflow is modeled by the unsteady Euler equations. These equations are discretized using a finitevolume formulation and solved with an higher order approximate Riemann solver scheme, particularlysuitable for waves propagations. In order to manage the relative motion of the train from thetunnel, a sliding grid method is used with a conservative treatment of the faces located at domainsjunctions. The overall domain is thus decomposed into several sub-domains, meshed independentlywith an automatic Cartesian grid generator based on a triangular surfacic mesh. In order to reducethe calculation domain and to accelerate the flow stabilization around the train, a non-reflectingboundary conditions are implemented. The methodology is validated on several test cases. A parametricstudy of a hood effect on the initial compression wave gradient is done. Parameters ofthis study are the section, the length, and the hood shape. Then, opened hood effect was simulated.
Ce travail porte sur le développement d’un code numérique tridimensionnel pour la simulationd’entrées en tunnels de trains à grande vitesse en vue de proposer des solutions afin de réduireles nuisances occasionnées. L’écoulement de l’air est modélisé par les équations d’Euler instationnaires.Ces équations sont discrétisées à l’aide d’une formulation en volumes finis et résolues grâceà un schéma solveur de Riemann approché, d’ordre supérieur, particulièrement adapté à la propagationd’ondes. Pour gérer le mouvement relatif du train par rapport au tunnel, une méthode demaillage glissant est utilisée avec un traitement conservatif des faces aux niveaux des jonctions demaillages. Le domaine est ainsi décomposé en plusieurs sous-domaines, maillés indépendammentavec un mailleur cartésien automatique basé sur un maillage surfacique triangulaire. Pour réduirele domaine, et donc le temps de calcul, et accélérer la stabilisation de l’écoulement avant l’entréedu train, des conditions aux limites non réflectives sont implémentées. La méthodologie est validéesur plusieurs cas tests. Une étude paramétrique de l’influence d’un auvent à l’entrée du tunnel surle gradient de l’onde de compression pression initiale est effectuée. Les paramètres de cette étudesont la forme, la longueur et la section de l’auvent. Enfin, l’effet d’ouvertures dans l’auvent estsimulé.