基于Fluent的高速列車車外氣動噪聲特性的研究.pdf

1、隨著列車時速的提高，列車高速化引起的氣動噪聲越來越受到關注。很多研究表明在列車時速高達300km/h時，列車的氣動噪聲對沿線居民的生活影響非常大，這時候如果無法降低氣動噪聲，那么列車的總體噪聲很難得到降低。運行的列車周圍存在著復雜的湍流流場，流場中的流體與列車表面相互作用，致使車身附近的氣流流動不平穩(wěn)，氣流發(fā)生分離，從而形成復雜的渦流流動，受此渦流的影響，車身表面的脈動壓力會出現(xiàn)劇烈的變化，最終會形成刺耳的氣動噪聲。對于列車來講，渦流流

2、場產(chǎn)生的噪聲可以分成兩部分，一部分是流場直接輻射產(chǎn)生的噪聲，一部分是流場激勵表面振動產(chǎn)生的噪聲。本文只考慮流場直接輻射的噪聲，包括與列車表面相互作用產(chǎn)生的噪聲。在此基礎上，通過CFD數(shù)值模擬的方法，研究了高速列車表面聲功率、周圍的流場分布以及車身表面的壓力脈動特性，通過研究列車不同位置脈動壓力的數(shù)值，分析得到了列車近場氣動噪聲大小的一些有用特性;同時，利用FH-W聲學方程計算得到了高速列車不同軸向方向上氣動噪聲的大小，通過對比分析，總結

3、了高速列車遠場氣動噪聲的輻射特性。
　　本文的主要工作內(nèi)容和研究結論如下:
　　(1)根據(jù)列車實際運行條件通過求解萊特希爾聲波動方程推導出高速列車氣動噪聲的理論預測公式，通過理論分析得出車身表面脈動壓力是氣動噪聲的主要噪聲源。
　　(2)建立了高速列車的頭車、中間車和尾車的物理模型和計算域風洞網(wǎng)格，探討了物理模型外場空間區(qū)域劃分方法、邊界條件的施加以及車體表面的簡化措施等建模問題。
　　(3)對比分析了常用數(shù)值模

4、擬方法的適用范圍，考慮列車湍流運動的復雜性，最終采用大渦模擬計算高速列車的瞬態(tài)流場，闡述了高速列車氣動噪聲模擬的一般流程。
　　(4)利用Fluent軟件對高速列車近場氣動噪聲和表面聲功率進行了數(shù)值模擬，得到了不同速度下、不同位置處脈動壓力的頻譜特性。從頻譜圖上可以看出:①列車聲壓級是寬頻譜，其能量主要集中300Hz到1300Hz范圍內(nèi);②不同速度下列車表面脈動壓力與運行速度的平方基本成正比。同時利用寬頻噪聲模型模擬計算得到了列車

5、表面聲功率的分布圖，列車車頭由于曲率變化比較大，其表面聲功率級數(shù)值也很大。
　　(5)基于FW-H方程求解計算了高速列車遠場氣動噪聲，根據(jù)不同監(jiān)測點的位置的聲壓級頻譜圖對比得出了不同軸向上列車遠場氣動噪聲的差異:①聲壓級隨著列車車速的提高而明顯增加，主要分布的頻率隨車速增加有向高頻移動的趨勢;②在縱向方向上，車身曲率大的頭部和尾部誘發(fā)的氣動噪聲較大;垂向方向上，都只是隨著速度增加增大了監(jiān)測點的聲壓級，而沒有改變監(jiān)測點聲壓級的圖形分