NUMSTA(R) (WIPO Nr. 1115910)

NUMSTA(R) steht für NUMerical Simulation of Tunnel Aerodynamics. Es ist ein Simulationswerkzeug für Strömungsphänomene in komplexen Tunnelnetzen, die durch mit hoher Geschwindigkeit fahrende Züge induziert werden, und wurde im Rahmen des SwissMetro-Projekts entwickelt.

Ref.: Rudolf, Alexander (1998). Simulation der kompressiblen Strömung in Tunnelsystemen, die durch mit fahrenden Zügen induzierte Züge induziert werden Hochgeschwindigkeit. Doktorarbeit Nr. 1806. Lausanne: EPFL.

Es verwendet die Euler-Gleichungen mit Quellentermen für Masse, Impuls und Energieübertragung, um die nichtlineare Wellenausbreitung in Tunnelnetzwerken unter Berücksichtigung von Fahrzeugen, Tunnelnetzwerken und aktiven Komponenten wie Lüftern und Dämpfern zu berücksichtigen.

Die Software stellt eine Weiterentwicklung der bis dahin üblichen Codes nach dem Charakteristiken Verfahren (z.B. ThermoTun, TTN MottMacDonald, Sockel’s code für DB), die in den späten 60 und 70er Jahren erstmals entwickelt wurden. Auch quasi kompressible codes wie SES (USA) oder Equa Tunnel können durch NUMSTA(R) ersetzt werden.

NUMSTA(R) nutzt ein konservatives upwind Diskretisierungsverfahren 2. Ordnung auf der Basis der instationären und kompressiblen Euler Gleichungen. Es erlaubt so hochpräzise Berechnungen der Tunnelaerodynamik von Hochgeschwindigkeitszügen mit Begegnungsfahrten, Wärmeübergang, Schalldurchgang uvm. Es erlaubt die Simulation komplexer Strömungs- und Verkehrssituationen, wie z.B. Schalldurchgang, Fahrzeugbegegnung, Ventilatoren, Klappen …

NUMSTA(R) wurde intensiv genutzt, um den Leistungsverlauf für die SwissMetro während des Hauptprojektes (1993-1998) zu berechnen, den erforderlichen Tunneldurchmesser zu definieren sowie die Strömungsphänomene des ersten Hochgeschwindigkeitszuges im Teilvakuum zu beschreiben.

Seitdem wurde es von Zugherstellern und Ingenieurbüros in einer Reihe hochrangiger Projekte eingesetzt.

NUMSTA(R) wird kontinuierlich aktualisiert, um neuen Projektanforderungen Rechnung zu tragen.

Zur Validierung:

NUMSTA(R) wurde im Rahmen der Swissmetro Hauptstudie 1993-1998 als Dissertation an der EPFL entwickelt (these no. 1806 von 1998). Die Entwicklung erfolgte unter Anleitung durch Top Wissenschaftler der Schweiz und von internationalen Fachexperten. Insbesondere waren Prof. P.A. Monkewitz (EPFL), Prof. A. Vardy (Univ. Dundee, Author von ThermoTun) bzw. Fachverantwortliche der Swissmetro Alan Weatherill (BG Lausanne) und Dr. Alberto Turi (Elektrowatt Zürich) wissenschaftliche Leiter und Mitglieder der Gutachterkommission dieser Arbeit.

NUMSTA(R) wurde in Kap. 6 der EPFL Dissertation no. 1806 von 1998 durch Vergleichsrechnungen mit Thermotun und Messungen validiert. Es wurde seither von dem weltgrössten Zughersteller, Bombardier Transportation, und der ILF für ebensolche Berechnungen kommerziell eingesetzt. Als Referenzprojekte seien angeführt: Swissmetro, Arlberg Bahntunnel, Eppenbergtunnel, TransRUN Neuenburg, Follobanen Norwegen, Wiener Linien, TEN-T Bratislava, Gotthard Bahntunnel Angebotsphase, Vergleichsrechnungen am Lötschbergtunnel, Brüttenertunnel, Regelquerschnitte der DB