列车气动噪声源噪声贡献度研究

摘要：建立某型列车气动噪声计算模型,基于标准湍流模型和大涡模拟（LES）计算车外瞬态流场,用FW-H方程预测了列车远场气动噪声。分别计算了列车整体、车体、受电弓、转向架为噪声源时对外辐射噪声的总声压级和贡献度,并对不同噪声源产生的气动噪声频谱特性进行了分析。计算结果表明：受电弓滑板处具有最大的总声压级,其次在车头和头、尾车转向架处较大;车体和转向架对列车远场噪声贡献度较大,而受电弓对其附近区域噪声贡献度大于远场;车体和转向架噪声主频在400Hz～1250 Hz,而受电弓主频出现在500Hz,且低频噪声幅值很小。列车整体对远场的辐射噪声,与利用车体、受电弓和转向架为噪声源得到的远场噪声叠加相吻合,验证了计算的准确性,对噪声的计算研究有一定的参考价值。     

高速列车转向架区域裙板对流场与气动噪声的影响

运用声学比拟理论,采用1∶10简化模型对高速列车转向架部位气动噪声进行数值计算,并分析裙板对转向架部位流动与气动噪声性能的影响.基于延迟分离涡模型数值求解Navier-Stokes方程获得近场流场,运用考虑对流效应的Ffowcs Williams-Hawkings方程的声预测程序进行远场声辐射计算.结果表明,由于转向架舱在车体侧墙与底部形成表面不连续结构,流体通过转向架部位时产生了不同尺度和方向的复杂涡结构,上游几何体周围产生的涡向下游传播并与下游几何体相互作用,从而在转向架后端形成高湍流度尾流区.转向架区域外侧安装裙板后,流体与转向架舱的相互作用被削弱.靠近转向架并与车体侧墙平行的可穿透积分面的噪声预测结果显示,裙板可以在较宽频段内有效降低转向架部位的气动噪声.     

汽车车身部件气动噪声贡献量数值模拟研究

利用大涡模拟(LES)对某典型车型瞬态流场进行仿真计算,应用Lighthill-curle声类比理论,采用宽带噪声源模型(BNS)及FW-H方程,对汽车车身部件气动噪声进行数值模拟研究。分析了车身各板块及凸出部件附近气流的分离情况及外场声压级大小,对比了有、无部件时车外声场的差异;并确定了车身各部件气动噪声的贡献量。通过气动噪声贡献量的对比发现,汽车各部件中近场总声压级贡献量相对较大的为底盘和车轮、天线和雨刮器相对较小;远场声压级贡献量中,车身和底盘相对其他部件较大,天线相对较小;且车外远场点声压级的大小和各部件辐射噪声的强度以及其辐射面积正相关;车身板块中贡献量相对较大的为侧围和轮腔,较小的为前挡风玻璃。     

车用涡轮增压器压气机的气动噪声机理

通过非定常流场数值计算分析压气机内部流场特性,利用宽带噪声模型计算压气机的近场噪声,对比分析近场气动噪声的形成机理. 用有限元法将流场计算获得的内部压力脉动作为边界条件,分析压气机的远场噪声,探明其频域特性,并进行噪声检测试验,验证仿真结果的准确性. 研究结果表明：湍流强度是气动噪声形成的关键因素,且叶轮出口区是压气机的核心噪声源;压气机的远场噪声以宽频噪声为主.     

基于主动射流的汽车后视镜区域气动噪声控制

使用大涡模拟和声扰动方程求解后视镜区域气动噪声的非定常流场和声场.通过比较前侧窗19个测点能量平均总压力级的仿真和试验结果发现,两者仅相差2.3 dB(A),它们频谱变化趋势相同,量值差异较小.在此基础上,建立了主动射流模型,并改变射流位置、方向和速度等参数,采用子域仿真方法得到最优射流方案.将最优射流方案置于整车气动噪声仿真模型中,通过与原始模型对比发现,主动射流增大了后视镜尾部的时均压力,减小了压力梯度,降低了后视镜区域涡流强度,使整车气动阻力系数减少0.002,前侧窗网格节点能量平均的总声功率级降低1.8 dB(A),湍流脉动总功率级降低0.3 dB(A).     

基于FW-H方程的飞机低速构型气动噪声计算

由流体力学Navier-Stokes方程导出的非齐次波动方程———Ffowcs Williams-Hawkings方程(以下简称FW-H方程),可以精确描述在静止流体中运动物体与流体相互作用的发声问题.以FW-H方程为理论依据,采用混合方法:近场声源区采用CFD求解,获得流场信息;远场声传播区采用自主开发的声场计算程序求解三维FW-H方程时域解,计算得到观察点频谱图和总体声压级.     

高速列车转向架部位气动噪声数值模拟及降噪研究

基于Lighthill声学理论,采用三维、LES大涡模拟和FW-H声学模型对高速列车转向架部位气动噪声进行数值模拟,并提出降噪改进意见.研究结果表明:转向架部位气动噪声在很宽的频带内存在,无明显的主频率,是一种宽频噪声;各监测点气动噪声频谱在低频时幅值较大,随着频率的升高,幅值下降,1/3倍频程A声压级主要集中在315～1 250 Hz频率范围内;当来流速度一定时,距离气动噪声源越远,声压级幅值和总声压级越小;在列车转向架部位设置裙板后,运行速度为300 km/h时,车外声压级幅值较无裙板时有所减小,平均降幅约为8％,总声压级平均降幅1.3 dBA;适当增加裙板面积后,声压级幅值平均降幅达到12％,总声压级平均降幅2.08dBA,降噪效果较明显.     

汽车空调气动噪声数值与试验研究

通过数值仿真和台架试验相结合的方法开展某车型空调系统气动噪声研究.研究发现,精细网格和大涡模拟方法能够获得高精度的出风口风量分配结果,它们与试验最大偏差为4.35%,最小偏差为0.93%.与此同时,空间流线的紊乱和当地速度的大小直接影响其表面总声压级的大小,对于计算的空调系统,风机是主要噪声源,改善风机流动分离,降低风机噪声是空调系统降噪的关键.可穿透面的声辐射方法有效地考虑到表面压力脉动的偶极子噪声和空间涡流的四极子噪声,是汽车空调气动噪声计算中声辐射的有效处理方法.利用该方法得到的测点总声压级与试验值更加接近,约相差2dBA,频谱变化趋势和数值基本一致,推荐作为后续空调气动噪声仿真的声辐射处理方法.     

高速列车转向架舱对转向架区域流场与气动噪声影响

根据涡声理论和声比拟方法,数值模拟了高速列车转向架简化模型的流场与气动噪声特性,分析了转向架舱对转向架流动与气动噪声性能的影响.结果表明:在单独转向架与转向架位于转向架舱内2种工况下,几何体近壁流场内形成的体偶极子声源为近场四极子噪声的主要声源,转向架表面压力脉动产生的面偶极子声源为声辐射主要声源;与单独转向架相比,转向架舱改变了转向架流动特性与声辐射指向性,削弱了转向架所产生气动噪声的强度,但转向架舱后壁会产生较大气动噪声.     

CRH3型高速列车气动噪声数值模拟研究

采用非线性声学求解方法(NLAS)进行近场气动噪声研究, 通过一个二维后台阶算例进行了方法验证, 与实验数据符合良好。在噪声源周围建立噪声面, 并利用FW-H方程进行远场噪声评估。对CRH3型高速列车在300 km/h速度下运行进行了气动噪声分析, 着重考虑车体几何对气动噪声的影响。首先对高速列车在RANS计算下的统计结果进行分析, 研究高速列车关键部位如头部、车厢连接处、尾部等的流场特征。进而通过在列车表面特征位置设置测点, 研究车体不同部位对气动噪声产生的贡献。通过在远场设置噪声测点, 分析了CRH3型高速列车的远场气动噪声特性, 并对噪声水平进行了评估。     

在匀强电场中介质球内外的电场

通过求解拉普斯方程在球坐标中解的一般形式,得到了在匀强电场中介质球内外的电位和电 场强度函数的析式。     

关于电磁波场问题的研究

讨论了电磁场矢量E和B的Helmholtz定理的合理形式,提出了将旋量场方程化为一个标量场方程求解的问题,然后给出了求解电磁波场并矢格林函数的新方法。     

p~k元域上的二次方程与三次方程

F是一个pk元域,本文综述了F上的二次方程与三次方程的研究结果.     

二重复数方法求解含有电磁场的轴对称引力场

讨论由已知的真空引力场解生成含有电磁场解问题,并求出静电势和静磁势.首先利用双曲复数将Chandraskhar的含有带电体的引力场方程化成双曲Ernst方程,这样可以利用双曲复数的Ernst解生成静电势、度规.相反还可以用Bonnor的结果求得真空的新解.应用二重复数方法将Catenacci的结果二重化,直接产生静电势和静磁势,并讨论其物理意义.     

微扰法解Einstein场方程

首先从已知具有对角型度规的Einstein场方程的精确解出发,近似推导了含有微扰条件下的场方程形式;其次,利用这一微扰形式具体计算了静态球对称引力场的外部微扰解,并进而讨论了球状星系外部的引力特征.结果表明,该微扰解不仅可以与内部解衔接,而且在消除微扰的情况下还可以自动恢复到Schwarzchild解的形式.     

旋量场背景下宇宙弦引力场

考虑静质量为零的中微子背景,探讨了背景场对整体宇宙弦核外引力场的影响,采用通常的静态柱对称度规,运用共动Ｃａｒｔａｎ标架场方法求解弯曲时空中旋量场的Ｄｉｒａｃ方程进而求出旋量场的能动张量,将其能动张量与宇宙弦（核外）的能动张量叠加,求出了中微子场背景下整体宇宙弦为源的Ｅｉｎｓｔｅｉｎ方程的线性近似解,其度规为通常的结果加上旋量场的贡献,即在通常对数排斥势的基础上获得了一项附加的对数引力势的修正,对     

P^k元域上的二项方程和三项方程根的状况

F是一个p~k元域,n是一个正整数,x~n=d与ax~(2n)+bx~n+c=0(a≠0)是F上的方程。本文中给出方程x~n=d与ax~(2n)+bx~n+c=0(a≠0)在F中有根或没有根的条件。若方程有根,则给出根的个数。     

时变电场不能产生磁场的实例

设真空中一点电荷q位于0点,q随时间t成正弦变化,q＝q0sinωt,它周围的电场呈球体状向周围扩散,构成一区域Ω,其中各点的电场强度压都随时间变化,从动态标量位函数甲的波动方程出发可算出该区域内磁场为零。但运用麦克斯韦第一方程式计算将得出愿内有磁场存在的错误的结果。其原因在于麦克斯韦第一方程式的积分式中同一时刻L环路所张的曲面S可以有无穷多张,该积分式要求L环路所张的的所有曲面Sn上对DD/Dt的积分值应相同。但是某些特殊情况下,例如本例就不满足这一点。麦克斯韦第一方程式的微分式所算出的“量”矢量在某些特殊情况下,例如本例仅仅是代表一种数学意义上的存在而非物理意义上的磁场强度量矢量存在。在真空中,如时变电场方向呈均匀球状均匀分布,则该电场所在的区域不产生成场,麦克斯韦第一方程式在此区域内不成立。     

高压脉冲电场水中杀菌

采用板-板式电极结构,短脉冲高压电源供电,形成高压脉冲电场(pulsed electric field,PEF),对水体中大肠杆菌进行灭活处理.探讨了PEF作用下大肠杆菌失活动力学方程.研究表明:8 kV/cm PEF作用下大肠杆菌灭活效果随脉冲时间增加而提高.PEF灭活动力学方程为lgS(t)=-0.417 45 ln(1+0.003 99t),形式与Alvarez模型一致.     

四元数体上李雅普诺夫矩阵方程解的特征确定法

利用四元数的矩阵形式定义四元数的一种特征值, 通过求解四元数李雅普诺夫方程 , 给出四元数体上一般形式的李雅普诺夫矩阵方程的分类方法及解的特征确定法, 并给出 方程有解的充要条件及解的表达式.