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某天下班，你拖着疲惫的身体挤上地铁，脑海中还在回忆着今天的琐事。坐下后，你不由自主地打了个哈欠，感觉眼皮沉重得快要合上。
忽然，车厢内仿佛启动了一个巨大的鼓风机，猛烈的风迎面扑来，瞬间让你清醒了几分。这时你不禁开始思考：为什么地铁车厢内部的风这么大呢？
中南大学和湖南大学等高校与机构合作的研究显示，地铁车厢内部的风速通常在0.1到1.5米/秒之间，最高可达3.96米/秒，风力相当于三级风，可以直接把旌旗吹开[1][2]。
那么，这股风从何而来呢？
当地铁列车在狭长的隧道中高速行进时，由于列车与隧道壁之间空间狭窄，列车头部推挤的空气不能完全绕过列车流向后方。列车前方空气被不断压缩，形成正压；后方空气被拉动，形成负压，前后产生压力差，带动气流流动，形成活塞风[3]。
活塞风可大量引入新鲜空气，排除隧道内余热，为乘客提供充足的氧气 / 图虫创意
形象点说，当地铁高速行驶时，它像是一把无形的梳子，梳理着前方和后方的空气，造成一种前压后吸的现象。也有点像家中的吹风机对着墙吹时，风沿着墙面流动，形成明显的气流。
例如，当一列地铁列车以90公里/小时（25米/秒）的速度行驶时，在较宽的双轨隧道中活塞风可能达到6米/秒，在狭窄的单轨隧道中，气流速度可能达到10米/秒，足以摇动小树[2][4]。
活塞风不断向前推挤空气，形成一连串的压力波。就好像，你在一个充满气球的房间里，当你推动一个气球时，它可能会碰到其他气球或者墙壁，然后改变方向。同样，压力波在遇到隧道中的障碍物时也会改变方向。有时，这些波可能会在某些区域聚集，形成高压区；有时它们可能会分散开，形成低压区[5]。
气压的差异促使空气从高压区流向低压区，压力差越大，空气流动越快，风速也就越大[6]。这种复杂的空气流动模式会持续加剧风速。
地铁的钢轨与车身主要由不锈钢制成，主要金属成分为铁，并含有铬、镍、碳等元素 / 图虫创意
那这股复杂强大的气流是如何进入车厢内部的呢？这就不得不提车厢的气密性了。
地铁的气密性并不是无坚不摧，相反，这些复杂的气流通过车厢的缝隙，如车门、窗户和通风系统的缝隙，进入车厢内部，可谓是“无孔不入”[7]。
这种现象在老旧的地铁线路中尤为明显，由于使用时间久，气密性变差，导致乘客感受到更强烈的风速冲击。此外，空气涌入还可能携带隧道内的灰尘和杂物，影响车厢内的空气质量[8]。
一项2021年发表的分析报告显示，上海、杭州、武汉等城市的地铁站中，PM2.5日平均浓度都超过了30微克/立方米，是世卫组织给出标准的两倍多[9]。
研究发现，地铁站的建成时间越长、位置越深，内部空气污染也就越严重 / 图虫创意
同时，列车加速度越高，车厢内的风速也就越强。这是因为在列车加速阶段，车厢内的空气被惯性力推向车厢后部；在减速阶段，惯性力则会减弱空气流动的速度[1]。
例如，在长沙地铁6号线的实地测量中，列车在加速阶段，车厢内的空气流速达到最大值，最高风速为2.37 ± 0.12米/秒。直到列车速度降至约为最快速度的45%时，风速达到最低点[1]。
当遇到早晚高峰，车厢内部拥挤时，空气的流动受阻，导致风速相对较低；相反，当乘客较少时，空气流动更自由，导致风速更高[10]。因此，人员的密度也为车厢内的“强风吹拂”提供了一部分助力。
那风速是否和地铁车厢内部的空调系统有关呢？答案是肯定的。地铁车辆空调系统包括空调机组、通风系统（送风系统、排风系统），当外部空气经过空调机组降温或加热后，通过送风系统送到客室内部；一部分空气在回风过程中由排风系统排出车外，等量的新鲜空气通过机组新风口源源不断进入客室内[11]。
因此地铁本身的空调系统送风进入车厢，会在一定程度上增强车厢内的气流速度。发表在《国际通气杂志》的一项研究表明，在伊朗德黑兰地铁列车行进过程中，与没有空调的情况相比，空调模式下的通风效应更强[12]。
所以，下次当你在地铁上，一阵强风突然吹乱你的头发，或者让你无法站稳时，请尽情感受吧，就好像孙燕姿唱的那句歌词：“我听见风来自地铁和人海。”
撰文 / 敬欣
[1]Wang Tiantian,Han Wei,Lu Yibin,Dai Wei,Chen Zhe,Shi Fangcheng... & Zheng Zeyuan.(2024).Field study on the through-draught characteristics and its influencing factors in subway carriages.Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research.
[2]全国气象防灾减灾标准化技术委员会(SAC/TC 345)(2012).GB/T 28591-2012.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局;中国国家标准化管理委员会.
[3]He Deqiang,Teng Xiaoliang,Chen Yanjun,Yuan Yuzhao,Li Xianwang & Shan Sheng.(2021).Piston wind characteristic and energy saving of metro station environmental control system.Journal of Building Engineering.
[4]Król, A., & Król, M. (2022, September). Numerical investigation on the piston effect in subway tunnels. In Scientific And Technical Conference Transport Systems Theory And Practice (pp. 108-119). Cham: Springer International Publishing.
[5]Min Fu,Peng Li & Xi-feng Liang.(2017).Numerical analysis of the slipstream development around a high-speed train in a double-track tunnel.PLOS ONE(3),e0175044-e0175044.
[6]Schlichting, H., & Kestin, J. (1961). Boundary layer theory (Vol. 121). New York: McGraw-Hill.
[7]Li Yang & Liu Youmei.(2024).Development of a forward design method for train airtightness: A case study of a metro express line.Tunnelling and Underground Space Technology incorporating Trenchless Technology Research105479-.
[8]Niu Jiqiang,Lv Dazhou,Li Rui,Zhou Dan,Wang Yueming & Yang Xufeng.(2022).Matching of multiple aerodynamic parameters for railway train/tunnel systems to ensure critical airtightness performance of high-speed trains.Structural and Multidisciplinary Optimization(1).
[9]胡毓瑜, 李欣 等. (2021). 中日地铁pm2.5浓度调查与分析. 大阪大学中国文化论坛-讨论文件.
[10]李超,齐朝晖 & 盛思思.(2009).地铁车厢内气流组织的探讨.制冷与空调(四川)(03),109-112.
[11]穆广友 & 臧建彬.(2008).地铁车辆空调系统设计要点分析.城市轨道交通研究(11),29-32.
[12]Mohammad Reza Talaee,Ali Kabiri,Mohammad Ebrahimi & Behtash Hakimzadeh.(2019).Analysis of induced interior air flow in subway train cabin due to accelerating and decelerating.International Journal of Ventilation(3),204-219.
微信编辑 | 咯咯哒 图片 编辑 | 敬 欣
内 容编辑 | 林 夕 审核编辑 | 熊壮壮
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