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(guān)注。很多研究表明在列車時速高達(dá)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(yùn)行的列車周圍存在著復(fù)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(fù)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(chǔ)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(xué)方程計(jì)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(jié)

3、了高速列車遠(yuǎn)場氣動噪聲的輻射特性。
　　本文的主要工作內(nèi)容和研究結(jié)論如下:
　　(1)根據(jù)列車實(shí)際運(yùn)行條件通過求解萊特希爾聲波動方程推導(dǎo)出高速列車氣動噪聲的理論預(yù)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(jì)算域風(fēng)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(yùn)動的復(fù)雜性，最終采用大渦模擬計(jì)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(jìn)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(yùn)行速度的平方基本成正比。同時利用寬頻噪聲模型模擬計(jì)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(jì)算了高速列車遠(yuǎn)場氣動噪聲，根據(jù)不同監(jiān)測點(diǎn)的位置的聲壓級頻譜圖對比得出了不同軸向上列車遠(yuǎn)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(diǎn)的聲壓級，而沒有改變監(jiān)測點(diǎn)聲壓級的圖形分