高速列車氣動(dòng)噪聲的理論研究與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著列車運(yùn)行速度的提高，高速列車氣動(dòng)噪聲變得越來(lái)越明顯，已經(jīng)成為高速列車的主要噪聲源，對(duì)車外及車內(nèi)環(huán)境的噪聲污染有著不可忽視的影響，降低氣動(dòng)噪聲已經(jīng)成為控制高速列車噪聲的關(guān)鍵之一。本文從理論研究和數(shù)值模擬兩個(gè)角度研究高速列車氣動(dòng)噪聲，其主要工作包括： 1.高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的理論研究。從流體聲學(xué)理論出發(fā)，結(jié)合高速列車運(yùn)行的實(shí)際邊界條件，建立了高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的理論預(yù)測(cè)公式，該公式表明高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)點(diǎn)的聲壓可近似地用車身表面

2、的脈動(dòng)壓力表示。車外氣流作用在車身表面的脈動(dòng)壓力是引起高速列車氣動(dòng)噪聲的源。 2.高速列車外部流場(chǎng)的數(shù)值模擬方法。本文建立了高速列車三維繞流流動(dòng)的物理數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬了高速列車在平地、路堤、高架橋上的外部穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)和平地上的外部瞬態(tài)流場(chǎng)，并對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明相對(duì)流速越大，等壓線分布越密、壓力梯度越強(qiáng)，此處的脈動(dòng)壓力變化越劇烈；車身表面脈動(dòng)壓力是隨時(shí)間變化且具有隨機(jī)特性，頻譜分析表明車身表面脈動(dòng)壓力具有寬頻帶特性。

3、 3.高速列車車身表面噪聲源計(jì)算分析?；跇?biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型，利用Broadband Noise Source Model計(jì)算了平地、路堤、高架橋上高速列車車身表面噪聲源。計(jì)算結(jié)果表明，三種運(yùn)行工況下車身表面噪聲源的分布規(guī)律很相似，聲源強(qiáng)度差別很小，聲功率級(jí)和表面聲功率級(jí)在數(shù)值上的差異不超過(guò)2dB，但隨著列車運(yùn)行速度的提高，列車車身聲功率及表面聲功率都顯著增加，降低氣動(dòng)噪聲對(duì)發(fā)展高速列車至關(guān)重要。 4.高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲計(jì)算

4、分析?；赟ST k-ε湍流模型，利用Ffowcs Williams and Hawkings Model計(jì)算了平地上高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲。通過(guò)分析測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)和頻譜，獲得了高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的特性。計(jì)算結(jié)果表明：列車運(yùn)行速度的增加只是使得有效聲壓增大，而并不改變測(cè)點(diǎn)聲壓的頻譜特性。 5.高速列車車內(nèi)氣動(dòng)噪聲計(jì)算方法研究。利用統(tǒng)計(jì)能量分析法建立了高速車內(nèi)氣動(dòng)噪聲的理論計(jì)算方法，利用Fortran編制了計(jì)算程序，計(jì)算了平地上列車