基于Fluent的高速列車(chē)車(chē)外氣動(dòng)噪聲特性的研究.pdf

1、隨著列車(chē)時(shí)速的提高，列車(chē)高速化引起的氣動(dòng)噪聲越來(lái)越受到關(guān)注。很多研究表明在列車(chē)時(shí)速高達(dá)300km/h時(shí)，列車(chē)的氣動(dòng)噪聲對(duì)沿線居民的生活影響非常大，這時(shí)候如果無(wú)法降低氣動(dòng)噪聲，那么列車(chē)的總體噪聲很難得到降低。運(yùn)行的列車(chē)周?chē)嬖谥鴱?fù)雜的湍流流場(chǎng)，流場(chǎng)中的流體與列車(chē)表面相互作用，致使車(chē)身附近的氣流流動(dòng)不平穩(wěn)，氣流發(fā)生分離，從而形成復(fù)雜的渦流流動(dòng)，受此渦流的影響，車(chē)身表面的脈動(dòng)壓力會(huì)出現(xiàn)劇烈的變化，最終會(huì)形成刺耳的氣動(dòng)噪聲。對(duì)于列車(chē)來(lái)講，渦流流

2、場(chǎng)產(chǎn)生的噪聲可以分成兩部分，一部分是流場(chǎng)直接輻射產(chǎn)生的噪聲，一部分是流場(chǎng)激勵(lì)表面振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。本文只考慮流場(chǎng)直接輻射的噪聲，包括與列車(chē)表面相互作用產(chǎn)生的噪聲。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)CFD數(shù)值模擬的方法，研究了高速列車(chē)表面聲功率、周?chē)牧鲌?chǎng)分布以及車(chē)身表面的壓力脈動(dòng)特性，通過(guò)研究列車(chē)不同位置脈動(dòng)壓力的數(shù)值，分析得到了列車(chē)近場(chǎng)氣動(dòng)噪聲大小的一些有用特性;同時(shí)，利用FH-W聲學(xué)方程計(jì)算得到了高速列車(chē)不同軸向方向上氣動(dòng)噪聲的大小，通過(guò)對(duì)比分析，總結(jié)

3、了高速列車(chē)遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)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(chē)實(shí)際運(yùn)行條件通過(guò)求解萊特希爾聲波動(dòng)方程推導(dǎo)出高速列車(chē)氣動(dòng)噪聲的理論預(yù)測(cè)公式，通過(guò)理論分析得出車(chē)身表面脈動(dòng)壓力是氣動(dòng)噪聲的主要噪聲源。
　　(2)建立了高速列車(chē)的頭車(chē)、中間車(chē)和尾車(chē)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(chǎng)空間區(qū)域劃分方法、邊界條件的施加以及車(chē)體表面的簡(jiǎn)化措施等建模問(wèn)題。
　　(3)對(duì)比分析了常用數(shù)值模

4、擬方法的適用范圍，考慮列車(chē)湍流運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，最終采用大渦模擬計(jì)算高速列車(chē)的瞬態(tài)流場(chǎng)，闡述了高速列車(chē)氣動(dòng)噪聲模擬的一般流程。
　　(4)利用Fluent軟件對(duì)高速列車(chē)近場(chǎng)氣動(dòng)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(dòng)壓力的頻譜特性。從頻譜圖上可以看出:①列車(chē)聲壓級(jí)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(chē)表面脈動(dòng)壓力與運(yùn)行速度的平方基本成正比。同時(shí)利用寬頻噪聲模型模擬計(jì)算得到了列車(chē)

5、表面聲功率的分布圖，列車(chē)車(chē)頭由于曲率變化比較大，其表面聲功率級(jí)數(shù)值也很大。
　　(5)基于FW-H方程求解計(jì)算了高速列車(chē)遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲，根據(jù)不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置的聲壓級(jí)頻譜圖對(duì)比得出了不同軸向上列車(chē)遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的差異:①聲壓級(jí)隨著列車(chē)車(chē)速的提高而明顯增加，主要分布的頻率隨車(chē)速增加有向高頻移動(dòng)的趨勢(shì);②在縱向方向上，車(chē)身曲率大的頭部和尾部誘發(fā)的氣動(dòng)噪聲較大;垂向方向上，都只是隨著速度增加增大了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的聲壓級(jí)，而沒(méi)有改變監(jiān)測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)的圖形分