CRH3型高速列車氣動噪聲數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高速列車運行速度的不斷提高以及環(huán)保法規(guī)的日益苛刻，噪聲問題成為了設(shè)計人員亟待解決的重要問題之一。氣動噪聲作為高速列車噪聲的重要組成部分，受到了國內(nèi)外相關(guān)研究人員的關(guān)注。在對高速列車氣動噪聲的研究中，數(shù)值模擬方法以成熟的算法、高效的計算工具為依托，在近五年內(nèi)成為一個研究熱點。本文采用基于Lighthil聲類比理論的混合方法，數(shù)值計算并分析了CRH3型高速列車近、遠場氣動噪聲的分布規(guī)律、頻譜特性以及等效聲壓級等聲學(xué)指標(biāo)，探索性地研究了考

2、慮四極子聲源后遠場氣動噪聲的特點，并與僅考慮偶極子聲源時所得結(jié)果進行了比較分析，以期總結(jié)出四極子聲源的發(fā)聲特性。本文的主要工作內(nèi)容和結(jié)果結(jié)論如下:
　　1.CRH3型高速列車外部充分發(fā)展的非穩(wěn)態(tài)流場的建立。首先建立CRH3型高速列車簡化模型的外流場計算網(wǎng)格，采用穩(wěn)態(tài)計算，以車體表面穩(wěn)態(tài)溫度場的最終建立作為判據(jù)，得到外部流場一個合理的穩(wěn)態(tài)收斂解;隨后采用非穩(wěn)態(tài)計算，以穩(wěn)態(tài)流場基礎(chǔ)上壓力、速度和溫度場在車體表面產(chǎn)生抖動作為判據(jù)，得到充

3、分發(fā)展的外部非穩(wěn)態(tài)流場。
　　2.表面偶極子聲源分析。利用Fourier變換，將表面脈動壓力轉(zhuǎn)換為表面偶極子聲源，通過分析表面偶極子聲源的分布和近場聲壓級頻譜，可以得出以下結(jié)論:CRH3型高速列車車體表面強氣動聲源區(qū)主要分布在轉(zhuǎn)向架、車廂連接處、車頭導(dǎo)流板以及車尾;表面氣動噪聲源是寬頻噪聲源;計算所得表面偶極子聲源的聲功率滿足與流體流動速度的6次方成正比的理論規(guī)律。
　　3.建立高速列車全尺寸模型與縮尺模型的頻率校正公式。鑒

4、于針對高速列車難以建立有效的聲學(xué)縮尺率的事實，以表面偶極子聲源統(tǒng)計平均聲壓級頻譜為基礎(chǔ)，建立了CRH3型高速列車全尺寸模型與縮尺模型的頻率校正公式。
　　4.偶極子聲源遠場氣動噪聲分析。采用1∶10縮尺模型，以表面偶極子聲源為邊界條件，采用直接邊界元法計算了高速列車遠場氣動噪聲的分布、聲壓級頻譜和標(biāo)準(zhǔn)測點等效聲壓級。經(jīng)分析得:僅考慮偶極子聲源條件下高速列車可以可近似看作線性聲源;偶極子聲源遠場氣動噪聲為寬頻噪聲，聲功率同樣滿足正比

5、于速度6次方的關(guān)系;偶極子聲源遠場標(biāo)準(zhǔn)測點等效聲壓級在速度為300km/h時為92.5dB，與其他針對全尺寸模型的計算結(jié)果基本吻合。
　　5.考慮四極子聲源條件下遠場氣動噪聲分析。在偶極子聲源計算模型基礎(chǔ)上加入空間四極子聲源項，計算了CRH3型高速列車遠場氣動噪聲的分布、聲壓級頻譜和標(biāo)準(zhǔn)測點等效聲壓級。計算結(jié)果表明:考慮四極子聲源的遠場氣動噪聲聲壓級分布在低頻時與偶極子聲源遠場聲壓級分布不同，在高頻時相似，各頻率聲壓級增大了10d