时间：2013年07月01日 分类：推荐论文 次数：
摘 要：本文考虑车型混合及车间影响系数对粘性阻力的影响，提出了粘性阻力的计算公式，建立了一种新的流体动力学模型。采用实测数据进行仿真分析，结果表明，粘性阻力的引入具有一定的实用性。
关键词：流体动力学,粘性阻力,折算系数,车辆模拟分析
0 引言
交通流理论通过描述车速、密度和流量三者之间的关系，对车流进行仿真分析。文献[1]给出了等价速度、密度的离散化模型，该模型认为下游车流的任何改变都将对下游车流造成影响，与实际车流有所偏差，本文加入车间影响系数的影响，建立了一个新的动力学方程。
1 动力学方程
笔者认为，一切能造成车辆速度损失的因素定义为粘性阻力，故粘性阻力的大小与粘性系数 、车速u与自由流速度uf的差值、车流量q沿车流方向的改变量、车间影响系数f(h)以及安全时距S成正比，与密度k成反比。即式中， 指粘性系数，与车型的混合程度有关; 是车间影响系数，与车头间距h有关，其值由式(2)来计算。式中，h为第i辆车与前车车头间距，h0为车辆间相互独立的车头间距，hmin为跟驰状态的车头间距，与车型相关。将粘性阻力项代入交通流动量方程中，则建立了一种新的动力学方程，即根据式(3)的流体动力学模型以及式(4)交通流三要素之间的关系，可以得到如式(5)~(6)的交通流离散化的模型其中。
2 车流仿真分析
选取合适的等价速度模型对于模拟的正确性起着十分重要的作用，文献[3]引入了波动系数m，对于高中低三个不同密度区段的速-密模型分别定义。在高速度低密度区，速度变化的趋势更趋于平缓;低速度高密度区，速度变化趋势更明显，更符合实际车流状况。因而，本文将采用该模型进行车流的仿真分析。
取Δx=500m, 将6km的路段分成12个区段，令Δt=15s，模拟25min内交通流三要素的变化。本文中采用的车流参数如下：uf=120km/h，kj=110pcu/km/ln, kf=1.77pcu/km/ln, m=0.7。初始值为文献[4]中广深高速公路各路段的实测密度和速度值，由式(8)所述u-k关系并用式(7)进行迭代计算，求出交通流三要素随时间和空间的变化值。
式中，m为波动系数，kf为自由流密度，kj为阻塞密度，uf为自由流速度。
结果表明，传统模型中间区段的密度由52.1pcu/km/ln降为25.5pcu/km/ln，对应的车流量为1637 pcu/h;而新模型中间区段稳定密度为23.8 pcu/km/ln，对应的车流量为1575 pcu/h。传统模型的密度、速度及流量分别为初始值的0.49，1.42及0.70，而新模型的密度、速度及流量分别为初始值的0.42，1.47及0.67。这表明，本文模型中粘性阻力对车流密度和速度的影响更明显。
4 结语
本文引入了车间影响系数，对下游车流是否对下游车流造成影响加以判断，阐述了混合车型与粘性系数的关系。通过实际的仿真计算，对车流的消散过程进行了描述，具有一定的实际意义。
参考文献：
[1] 熊烈强. 交通流理论及其在高速公路中的应用研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2003.
[2] 罗霞等. 高等级公路交通流理论. 成都: 西南交大出版社, 1999: 13-34.
[3] Hall, F.L, V.F. Hudle, and J.H. Banks. Synthesis of Recent Work on the Nature of Speed-Flow and Flow-Occupancy (Or Density) Relationship on Freeways. Transportation Record 1365, TRB, National Research Council, Washington, D.C. 1992: 12~18.
[4] 王青, 曲世茹, 史忠科. 一种高速公路交通流密度模型及其应用. 公路交通科技, 2002, 19(2): 97~100.