高速車輛外部氣動(dòng)噪聲場數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高速鐵路和高速公路的迅捷發(fā)展，車輛的行駛速度不斷提高，車輛工程技術(shù)的進(jìn)步使得車輛總噪聲中的其它噪聲（如汽車行駛過程中的動(dòng)力系統(tǒng)噪聲、傳動(dòng)系噪聲、進(jìn)排氣噪聲等）得到有效控制并逐步降低，而車輛行駛時(shí)所誘發(fā)的氣動(dòng)噪聲是隨車速的六次方增長，氣動(dòng)噪聲已逐漸上升成為車輛總噪聲中越來越重要的組成部分，并明顯地影響到車輛行駛時(shí)所產(chǎn)生的總噪聲值。本文以Lighthill聲類比理論為基礎(chǔ)，采用邊界元法并與計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)相結(jié)合，探討了高速車輛在不同車速下

2、所誘發(fā)的外部氣動(dòng)噪聲場的分布規(guī)律特征。
　　 本文的主要研究工作和結(jié)論主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
　　 1)運(yùn)動(dòng)單極子聲源和偶極子聲源指向性因子研究
　　 從經(jīng)典的聲源理論出發(fā)，利用廣義格林函數(shù)和運(yùn)動(dòng)聲源的多普勒效應(yīng)，從理論上研究了獨(dú)立的勻速直線運(yùn)動(dòng)單極子聲源（點(diǎn)聲源）和偶極子聲源的聲輻射特征，并結(jié)合廣義Lighthill方程推導(dǎo)出反映聲源運(yùn)動(dòng)特征的一般運(yùn)動(dòng)聲源（單極子聲源、偶極子聲源）以及流場中運(yùn)動(dòng)固壁所誘發(fā)的表

3、面氣動(dòng)偶極子聲源的指向性因子。
　　 2)車輛外流場空氣動(dòng)力學(xué)特性的三維數(shù)值分析
　　 分別建立了轎車和高速列車的幾何模型和外流場三維數(shù)值分析模型;從提高數(shù)值模擬計(jì)算精度的角度出發(fā)，確定了穩(wěn)態(tài)流下采用Realizable k-ε兩方程湍流模型并與增強(qiáng)壁面函數(shù)法(Enhanced Wall Treatment)相結(jié)合的方案，并在不同車速工況下對高速車輛外部流場空氣動(dòng)力特性的進(jìn)行三維數(shù)值分析;確定車輛外流場大渦模擬(LES)

4、的計(jì)算方案，在非穩(wěn)態(tài)流下對高速車輛外部流場進(jìn)行三維數(shù)值計(jì)算并得到流場邊界的空氣壓力脈動(dòng)情況。
　　 3)基于寬帶聲源模型的車輛外部氣動(dòng)噪聲源分布初步預(yù)測
　　 以寬帶聲源模型理論為基礎(chǔ)，在明線環(huán)境下分別采用基于Proudman公式的寬帶聲源模型和基于Curle積分方程的寬帶聲源模型對穩(wěn)態(tài)流狀態(tài)下高速車輛表面氣動(dòng)噪聲源分布進(jìn)行初步預(yù)測，并對兩種寬帶聲源模型進(jìn)行了理論和模擬結(jié)果對比分析;采用具有較高精度的基于Curle積分方

5、程的寬帶聲源模型，對隧道環(huán)境下高速車輛表面和隧道側(cè)壁所誘發(fā)的氣動(dòng)噪聲源強(qiáng)弱及分布特點(diǎn)進(jìn)行初步數(shù)值分析;對原規(guī)范中公路隧道幾何斷面進(jìn)行了初步改良設(shè)計(jì)，以降低隧道環(huán)境下車輛所誘發(fā)的氣動(dòng)噪聲源強(qiáng)度，并驗(yàn)證了改良設(shè)計(jì)的有效性。
　　 4)高速車輛車身表面氣動(dòng)噪聲偶極子聲源分布數(shù)值分析
　　 采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)中的流場大渦模擬(LES)方法并結(jié)合Lighthill聲類比理論，對高速車輛車身表面氣動(dòng)噪聲偶極子聲源的強(qiáng)弱及其