高速列车车顶受电弓气动噪声仿真研究

随着我国高速动车组运行速度的不断提升,其产生的噪声对乘客舒适度及周边环境的影响也日愈严重。列车运行时,其噪声源主要包括振动噪声、气动噪声和牵引电机等设备产生的噪声。利用ANSYS的FLUENT流体力学分析模块,建立了350 km/h下受电弓三维有限元仿真分析模型,求解了列车不同运行速度下受电弓表面脉动压力及环境中的噪音强度。研究成果为抑制列车高速运行时受电弓的产生的噪音污染提供了一定的理论基础。     

高速列车受电弓气动噪声特性分析

以某高速列车受电弓为研究对象,探讨其在350km/h速度下的气动噪声特性。采用延迟脱体涡模拟(DDES)和声学有限元(FEM)相结合的方法,分析带导流罩受电弓在升起和下降状态下,近场和远场气动噪声空间分布规律和频谱特性,研究流场计算时不同建模方式对诱发噪声幅值和指向性的影响以及壁板的反射和散射作用对噪声频谱特性的影响。结果表明:1)在本文选取的受电弓外形和开口方向下,降弓和导流罩诱发噪声略大于升弓和导流罩诱发噪声;2)导流罩在低于300Hz的低频区诱发噪声比例较大,而受电弓在300Hz后诱发噪声影响较大;导流罩诱发噪声在升弓情形时所占比例相对较大;3)在指向性上,导流罩诱发噪声在受电弓前部贡献较大,受电弓诱发噪声在后部区域贡献较大;在列车正上方区域,弓体诱发噪声大于导流罩诱发噪声,是主要的气动噪声源。     

高速列车受电弓气动噪声数值模拟

受电弓作为高速列车主要噪声源之一,是一个包含许多部件的复杂结构。为研究受电弓气动噪声的主要噪声源以及远场气动噪声特性,基于计算流体力学开源软件OpenFOAM,采用大涡模拟结合K-FWH方程的联合方法,探究受电弓在250 km/h、300 km/h和350 km/h等不同速度下运行时的流场及气动噪声特性。通过模拟受电弓在不同速度以及不同开口状态下的运动,得到受电弓的频谱特性以及噪声源分布规律。结果表明,高速列车受电弓引发的远场气动噪声主要是低频和中频噪声,并且噪声频谱具有明显的主频。而远场噪声指向性方面,受电弓产生气动噪声具有偶极子特性,噪声主要向尾流斜上方传播。受电弓不同开口方向,所诱发的噪声声压级并不相同,闭口状态诱发的声压级更大。研究结果能为日后降低高速列车受电弓气动噪声的研究以及工程降噪问题提供理论参考。     

高速列车外流场气动噪声的特性研究

针对高速列车外流场气动噪声完成了在线实验测试研究,对列车模型进行了简化并确定了合理性;进行了列车模型湍流流场模拟,完成了列车远场气动噪声的预测研究.研究表明,合理缩短列车不会改变车身表面声功率分布规律;高速列车气动噪声属于宽频带噪声;在频率范围(0～ 5000Hz)内气动噪声仿真与实验结果吻合较好,说明仿真方法准确度高;列车转向架处湍流最为剧烈,其次为车头鼻锥处;车身表面的气流最为平缓,进一步说明缩短列车模型的合理性.所提出的仿真方法能够为高速列车的结构优化设计提供依据,并能验证高速列车气动噪声控制方法的有效性.     

高速列车乘客室内轮轨激励噪声的贡献度分析

建立了高速列车头车-轨道的耦合动力学仿真模型、车身的有限元模型、乘客室的声学边界元模型,计算出了由轨道不平顺引起的乘客室内的噪声分布状况.利用声传递矢量(ATV)技术,分析了乘客室面板对声压最大点的贡献度,得出了如下结论:当列车运行速度为200km/h时,各场点的A声级在62.6～66.7dB之间变化;300km/h时,各场点的A声级在65.2～71.1dB之间变化;要降低声压最大场点的噪声,宜对后部端墙上的门及车底第三块板采取措施.     

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。     

高速列车不同转向架区噪声特性及主要噪声源分离

以某型高速列车为研究对象,基于线路运行类比测试,对车辆运行时主要噪声源之一的转向架区噪声开展研究。通过对不同转向架区噪声进行类比测试和对比分析,确定了350km·h-1及以下速度等级中间车拖车转向架区的主要噪声源为轮轨噪声,头、尾拖车转向架区主要噪声源为气动噪声,中间车动车转向架区主要噪声源为牵引系统噪声。基于以上的分析结论和一定的假设,对车头、车尾和中间动车转向架区主要噪声源进行了分离特性研究,获取了主要噪声源的频谱和贡献特性。研究结果可为高速列车减振降噪设计提供依据和指导。     

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.     

高速列车车头曲面气动噪声的数值预测

利用映射法生成高速列车头部流场的六面体贴体网格。采用三维大涡模拟法（LES）计算高速列车流线型头部的瞬态外流场,利用Lighthill-Curle声学比拟理论预测高速列车头部诱发的气动噪声。研究结果表明：气动噪声在很宽的频带内存在,是一种宽频噪声;在低频时,声压幅值较大,随着频率升高,幅值下降;当来流速度一定时,距离气动噪声源越远,总声压级越低,但总声压级的衰减幅度减少;随着列车运行速度增加,诱发的噪声加大,但距离车头曲面越远,总声压级的增幅越小;同一噪声源在不同受声点引起的噪声频谱曲线基本相似,控制列车运行过程中产生的脉动压力,能够减少气动噪声。     

约束条件对薄壁构件辐射噪声影响的研究

采用结构辐射噪声FEM／BEM预测模型，对复杂结构进行了模态分析和噪声预测，研究了两种不同约束条件下薄壁构件的辐射噪声．结果表明，不同的约束条件下，复杂结构辐射噪声的主要来源不同。     

离心通风机气动声源识别方法研究与应用

为了满足离心通风机降噪的迫切需要,提出了一种以固体壁面静压变化率为识别参数的主要偶极子声源的简便识别方法。将静压变化率的时均值定义为偶极子声源强度,声源强度大的地方就是主要声源区。该方法只需对非定常流动进行数值模拟,从而省去了繁琐的声场计算,虽不能定量给出通风机气动噪声的大小或具体的降噪效果,但可以为通风机的降噪提供有用的指导。通过将该方法应用于指导T9-19No.4A离心通风机的降噪实践,证实了该方法在工程应用中的有效性。     

变工况下周向弯曲风扇叶顶涡声特性

采用计算流体力学数值方法研究变工况下周向弯曲低压轴流风扇的叶顶泄漏流动特性,结合涡声理论分析泄漏涡与声源的协同特性,分析叶片不同周向弯曲方向对协同性的影响,并通过近场机匣壁面动态压力测量和远场声学测量,验证叶片周向弯曲方向对近远场声学特性的控制规律.研究表明,泄漏涡声源是周向弯曲叶轮小流量工况下的重要声源,速度矢量与涡矢量的夹角值控制叶顶区域声源强度和分布.近远场实验结果表明,泄漏涡声源与远场声学关系密切.     

FW-H声学模型的飞机机体气动噪声仿真

目前,利用发动机地面试车噪声特性预测飞机起飞着陆噪声级往往忽略了飞机机体气动噪声的影响。针对这一点,对机场飞机噪声进行了分析,提出利用Ffowcs Williams&Hawkings声学模型对飞机机体气动噪声进行预测,并以空客A380飞机为例,采用Ansys Fluent仿真平台对其机体噪声进行了仿真分析,获得了流场流线和声压强度图。结果表明,飞机机体噪声是一种宽频噪声,漩涡强度和声压脉动主要集中在机翼和机腹面,由翼根至翼尖逐渐增大,在翼尖区域达到最大值,飞机正下方合成声压级远高于其他方向。     

腔体气动噪声的研究现状及发展趋势

空腔流动在运输、航天等行业中广泛存在。当高速流体通过空腔时,在腔内产生自激振荡,流场和声场相互耦合产生的气动噪声会引起结构的振动和疲劳破坏,甚至影响结构的使用寿命,因此如何控制和降低腔体气动噪声已成为国内外学者研究的焦点问题。本文在阅读大量文献的基础上,概述了当前腔体气动噪声的研究现状,分析和归纳腔体气动噪声的预测理论、实验研究,数值模拟方法以及噪声控制技术,展望腔体气动噪声研究的未来发展趋势。     

轿车车内噪声源识别方法研究

针对车内噪声源的识别问题,结合传统与现代测试手段,提出了一套噪声源识别方法,根据该种信号源识别方法,结合某国产轿车进行噪声源识别测试,并对该方法的实现过程进行了详细分析,从实例结果来看该减振除噪措施,达到了良好的降噪效果。     

基于DES的车辆横风气动性能模拟

采用分离涡模拟(DES)方法,就横风对车辆侧向气动性能的影响进行数值计算。结果表明:随着风向角的增大,车辆的气动力系数均单调增大,当风向角为90°时达到最大值;在小风向角的情况下,头车的气动力系数最大,尾车最小。对静止车辆来说,车体前端和尾端的流场结构具有较强的对称性,在车辆的头、尾部均会产生脱落涡,且向列车的中部发展,与从风挡处气流分离产生的脱落涡干涉、融合,形成复杂的湍流结构,而中间车则受头、尾车的影响较小,在背风侧产生规则的脱落涡;同时尾涡内流速较低。对运动车辆来说,气流会在头车前端背风侧的上、下部产生2个脱落涡,并沿着车长方向发展,上部的脱落涡和从风挡处产生的脱落涡融合叠加,而下部的脱落涡则不受风挡的影响,同时漩涡内速度较高。     

小型车用压气机气动噪声分析

以车用压气机为研究对象,基于CFD稳态的RANS方程湍流模拟计算压气机的流场特性和宽频噪声,结果表明叶轮区域是压气机的主要噪声源.基于大涡模拟(LES)和Ffowcs-WilliamsHawkings(FW-H)方程的声比拟方法,以压气机叶轮为声源对压气机离散噪声进行预测分析.结果表明该压气机主要噪声源在叶轮区域.以压气机叶轮为声源进行仿真计算所得声压与实验值大体趋势相同,仿真值比实验值略高,误差在10%以内,表明该仿真计算方法可行,对进一步研究压气机噪声控制具有参考价值.     

轨道交通混凝土箱梁低频噪声贡献源及空间分布

以轨道交通双线混凝土简支箱梁为研究对象,建立车辆-轨道-箱梁有限元模型和箱梁振动-辐射噪声有限元-无限元模型。结合现场试验,计算了箱梁整体和各板件的声场分布及各板件的声压贡献。结果表明,有限元-无限元模型能够准确预测箱梁的结构噪声;腹板对梁侧声压贡献较小;近场声压主要受底板的影响,其次是翼板;远场声压主要受底板和顶板的影响;在底板以下空间,底板对声场起控制作用;箱梁同一高度,顶板声压贡献略大于翼板,两者起主要作用;顶板以上区域,顶板声压贡献远大于其他板件。     

线板结构辐射发射分析与研究

电磁兼容实验和实际电子设备中存在较多的线板结构,而电子设备的低频(30~200 MHz)电磁辐射发射主要通过这种结构辐射出去。因此,通过美军标MIL-STD-461F实验对这种线板结构进行了研究,采用全波电磁仿真和实际测试相结合的方法分析线板结构参数对电磁辐射结果的影响。首先仿真了双锥天线及其天线系数并与校准的结果进行了对比;然后仿真了天线处于不同极化方式时,线缆距离金属板的高度和线缆长度等参数对辐射发射的影响,并与实验结果进行了对比。研究有助于电磁兼容工程师更好的理解电子设备电磁辐射水平,进而更好地进行电磁兼容设计。