高速列车头车外流场气动噪声的仿真与实验研究

针对高速列车的头车进行全尺寸三维模型和流场流域的创建,并通过k-ε湍流模型计算稳态流场;在稳态流场的基础上,采用宽频带噪声模型计算头车表面的气动噪声源;利用大涡模拟(LES)方法计算瞬态流场,进而获取车身外表面的脉动压力;再基于瞬态流场,采用Lighthill声类比理论研究头车远场气动噪声的计算.最后,比较气动噪声的仿真分析结果与实地试验结果,验证了仿真结果的正确性.     

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.     

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.     

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。     

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。     

高速列车轮轨噪声的降低途径

列车速度是影响轮轨噪声大小的主要因素之一，由于轮轨噪声对车速的依赖性，其声级将随着列车不断高速化会愈来愈大，目前已有许多文献对轮轨噪声进行研究并提出了一些措施，轮轨噪声有所降低，但仍然是列车的主要噪声源。本文通过轮轨噪声的理论分析和实验数据分析，查明轮轨噪声主要来源于钢轨振动产生的辐射噪声，因此，设法减小钢轨的振动是降低轮轨噪声的最有效途径。     

高速列车透射噪声与结构噪声的分离

高速列车噪声是影响车内旅客舒适度和铁路沿线居民生活质量的重要因素,如何有效的降低噪声是高速列车设计者们所关心的问题之一.研究表明,高速列车的车内噪声由透射噪声与结构噪声组成,如何有效的从车内噪声中分离出这两种噪声成分将为列车的减振降噪设计提供一定的指导作用.本文以高速列车实车噪声数据为研究对象,首先运用多种数字信号处理的方法对高速列车噪声数据进行了分析,总结了高速列车噪声的主要特点;然后通过对列车静止时和运行时的噪声透射情形分别进行建模和分析,指出可以利用车体的频响特性作为反映车体隔声性能的声学参数,并提出了一种计算频响特性的简便算法;最后,利用该算法从实车噪声数据中计算出了车体的频响特性,并在此基础上实现了透射噪声与结构噪声的分离.     

用边界元法计算高速车辆内部气流噪声

车内噪声严重影响了车辆乘坐的舒适性，同时由于气流噪声随车速的六次方增长，故随着高速公路的不断新建以及车速的不断提高，研究和降低气流噪声巳成为控制高速车辆车内噪声的关键之一，笔者在风洞实验的基础上，首先分析了气流噪声向车内传播的基本途径；然后利用边界元理论（BEM），建立了车内声场的边界积分方程，并利用三角线性元对该边界积分方程进行了离散，最后通过MATLAB编程求解，对由车外脉动压力诱发产生的车内气流噪声的大小进行了理论计算，与风洞实验结果相比，吻合较好。     

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。     

高速列车侧风效应的数值模拟

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变.基于三维定常可压缩流动的N-S方程,采用SSTk-ω两方程湍流模型和有限体积法,对某型高速列车以350 km/h的速度在25 m/s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了数值模拟计算,分析了不同风向角的侧风对列车全车,以及受电弓、转向架和风挡等局部区域的作用.结果表明:在侧风作用下,列车的周围包括转向架处均产生复杂的涡流,压力分布十分复杂,转向架对流场的影响不容忽视;随着风向角(0~90°)的增大,侧向力系数及倾覆力矩系数也增大,列车倾覆及脱轨的风险性增加,且头车的倾覆力矩系数远大于中间车和尾车的倾覆力矩系数,应注重对头车的气动性能研究.     

高速列车车内噪声预测及分析

以高速列车为研究对象,利用有限元法建立其车身结构和车室空腔模型,并建立车室声固耦合模型,计算出考虑声固耦合时车身模态与相应的结构模态,经分析得出:车室声腔对车身的作用不能忽略。为了了解高速列车的车内噪声情况,在高速列车上进行了现场噪声测试,得出车体振动主要引发车内中低频段噪声。另外,在考虑车身内饰和座椅吸声性能情况下,对车内噪声进行仿真和计算,获得了车内噪声的声场分布情况,从而可以指导高速列车车体结构的低噪声设计,节约产品研发时间及成本。     

射流气动噪声的研究现状及发展趋势

随着航空航天等领域的迅速发展,射流气动噪声问题也受到逐渐重视。射流气动噪声引发航天器的结构破坏和疲劳损坏,而且射流气动噪声影响乘客舒适度、干扰周边居民的生活、产生噪声污染。射流气动噪声的产生机理、理论预测,通过实验研究和数值模拟研究传播过程以及如何控制此类噪声成为关注焦点。在阅读大量文献的基础上,从理论研究、实验研究、数值模拟、噪声控制四个方面概述射流气动噪声的研究现状,最后展望射流气动噪声的发展趋势。     

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。