通过风洞试验对某高速动车组整车、受电弓及转向架远场气动噪声特性进行分析。试验结果表明,高速动车组远场气动噪声是一宽频噪声,总声能随速度的6.6次方增加;由受电弓引起的远场气动噪声主要集中在中高频,噪声峰值频率随速度变化线性增加;由转向架引起的远场气动噪声主要集中在中低频,噪声峰值频率与速度无关。在此基础上,通过大涡模拟和声扰动方程获得该高速动车组近场噪声。高速动车组远场噪声测点仿真结果与试验结果的最大差值2.2dB(A),最大相对误差2.5%,表明仿真模型的准确性。仿真结果表明,车头近场噪声以车头鼻尖为界,底部气动噪声能量大于上部流线型气动噪声能量,其中转向架舱位置噪声能量最大,因此进行车内外降噪方案设计时,应重点关注车头转向架舱位置。

以流体力学和气动声学为理论依据,建立了高速动车组包括头车、中间车、尾车、车底转向架、车顶受电弓于一体的气动噪声计算物理模型,并对其进行了噪声仿真分析,结果表明转向架部位、受电弓部位气动噪声级达到130 dB以上,高于车头部位的气动噪声,并且入流端第一转向架部位气动噪声最大;车体侧面气动噪声相对较小,总体来看,随着速度的增加,气动噪声明显增大。

以高速公路声屏障为研究对象,基于某市某段高速公路的工程概况确定声屏障的长度以及高度,对声屏障孔型结构进行优化设计,并利用Fluent流体力学计算软件对不同方案的声屏障进行气动噪声数值模拟计算以达到降噪要求。结果表明菱形孔型结构声屏障较其他声屏障优化设计方案降噪效果更明显,在噪音监测点30 m处降噪19.17 dB,平均降噪11.26 dB,符合4a类声环境功能区划分噪声限值,达到降噪要求。

近年来随着高速列车速度的不断提高,气动噪声问题日益严重,车间连接风挡为列车的主要气动噪声源,对其采取降噪措施可以有效降低车内噪声。本文通过实车噪声试验,明确风挡区域车内外噪声状况;建立含有风挡区域的流体仿真模型以及内外风挡声腔之间的声学仿真模型,采用LES大涡模拟获得风挡区域表面声源,仿真研究了风挡端墙添加吸声材料后内外风挡声腔内的降噪效果。

本文建立了包括首车、中间车和尾车在内的高速列车三维计算流体动力学模型,分析了高速列车速度在350km/h时的气动阻力和气动噪声分布。分析了列车在不同大气压力与不同真空管阻塞比下的空气阻力分布特性;建立数值模拟模型,采用标准湍流k-ε计算外部稳态流场,然后采用大涡模拟方法计算高速列车的瞬态流场。进一步得到列车表面压力分布和频域脉动压力分布特征。结果表明,列车的空气阻力随着阻塞比和大气压力的增大而增大。列车表面脉动压力的分布规律满足首车最大,尾车次之,中间车最小,也就是说首车是高速列车的主要噪声源。

基于流场恶化理论和声学类比理论建立了一套声学优化设计方法,并应用于高速列车排障器的声学优化设计中。结果表明,头尾车流线体是最重要的声源,分别占总声能的23.7%和33.7%。与尾车流线型部位相比,头车流线型部位声源能量更偏向高频。车体A计权辐射噪声呈现宽频带噪声(主要在1~4 kHz范围内)和峰值特征(尤其在2 kHz)。在四种方案中,最大伸缩长度的排障器能缓和2 k Hz的强峰值效应,降低总声能,并表现出最佳的声辐射性能。通过风洞试验验证了数值计算模型的正确性。

建立不同模型尺度的高速列车气动噪声数值计算模型,利用改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)和FW-H声学模型对高速列车近场流场和远场噪声进行数值模拟。通过风洞试验验证了本文数值计算方法的合理性。对比分析不同模型尺度下高速列车的气动力、流场结构、表面压力脉动以及远场噪声。结果表明模型尺度对高速列车的气动行为和声学行为具有明显影响。随着模型尺度的减小,高速列车的气动阻力系数逐渐增大,模型尺度从1∶1减小到1∶8时,阻力系数增加11.3%。模型尺度对列车黏性阻力系数和尾车分离的尾流高度影响较大,但不改变列车表面压力分布规律和车体表面边界层的发展规律。列车表面压力具有明显的非定常性,随着模型尺度的减小,脉动压力的振荡程度减弱。模型尺度的变化未改变高速列车在远场纵向和横向上的传播特性,随着模型尺度的减小,...

高速列车气动噪声主要由结构诱导涡旋及结构表面的流体压力梯度变化形成,针对这2种噪声产生机制,结合DES分离涡模拟方法及Lighthill声比拟理论,计算了受电弓变截面弓杆及仿生表面织构2种气动降噪方式的声学特性,计算结果表明通过本体结构及表面优化均可有效降低高速列车气动噪声;弓杆截面型式的改变会影响周边压力场的分布特性,进而改变结构自身表面声功率特性,实现降噪的效果;仿生表面织构通过在结构阵列面上形成二次涡群来降低结构表面气动噪声;倒角式横杆、椭圆形臂杆及菱形凹坑表面声学特性优于其他结构型式。

针对高速列车不断提速导致气动噪声急剧增加产生的环境噪声污染问题,通过建立复兴号高速列车受电弓气动噪声分析模型,利用RNG k-ε模型、大涡模拟及FW-H声类比法对复兴号受电弓进行气动噪声源特性、远场噪声传播规律、频域分布规律进行研究。数值模拟结果表明整车最大噪声源部位为受电弓的弓头;受电弓的远场气动噪声在其质心指向弓头方向最大,远场气动噪声与传播距离的对数线性相关;受电弓气动噪声的频域较宽,分布在25~6000 Hz范围内,主频在145~315 Hz之间。根据研究结果,对主要噪声源即受电弓弓头进行仿生降噪研究,考虑高速列车双向运行特性,在碳滑板和圆杆上施加前后对称椭球状凸起结构,当碳滑板凸起60 mm、圆杆凸起10.5 mm时,降噪效果最明显,在7.5 m远处整车总声压级降低了2.56 dBA。

随着高速列车运行速度的不断提高,受电弓气动噪声也愈加严重。针对这一问题,文中采用LES大涡模拟、边界层噪声源模型和FW-H声类比法,通过建立某型号受电弓局部1∶1气动噪声分析模型进行数值模拟。文中研究了受电弓各部位的气动噪声贡献量,还探究了针对较大噪声位置空腔采用射流降噪方法的降噪效果。结果表明,当网格总数为4323万个时,数值模拟精确度满足要求。受电弓空腔上游和空腔中部绝缘子是气动噪声的主要来源。在射流降噪前后,空腔内部气动噪声均为宽频带噪声,主要能量集中在0~4500 Hz。对250 kmh-1行驶速度下的空腔进行主动射流降噪,距列车25 m远处的垂向监测点声压级最小值为81.65 dB,比降噪前降低了2.64 dB。