受电弓是高速列车顶部最主要的气动噪声源,合理的导流罩设计是降低受电弓气动噪声的重要方法。通过声学风洞试验的方法,研究缩比模型导流罩对高速列车受电弓气动噪声的影响,采用远场麦克风及声阵列,给出了风速范围为200～250 km·h-1时的升弓、降弓状态下,受电弓和加装导流罩的远场气动噪声频谱、主要噪声源位置、强度和对应频带范围。研究表明,受电弓气动噪声为宽频带噪声,中频噪声源位于受电弓区域后部近车体位置,中高频、高频噪声源对应弓头和支座区域;升弓状态下,导流罩增大了弓头区域的气动噪声能量,在降弓状态下,导流罩减小了弓头和支座的噪声水平。

转向架区域是高速列车最主要的气动噪声源。通过风洞试验的方法,测量了1∶20转向架区域的舱内气动噪声和压力,分析了动车转向架、拖车转向架舱内气动噪声和脉动压力的速度标度律,及其随雷诺数的变化规律。结果表明近场气动噪声标度律分析可以区分转向架舱内湍流脉动压力和声压,舱内湍流脉动压力能量随速度的3.2~3.9次方增加,声压级随速度的6~8次方增加,两者的分界线频率,转向架舱后壁高于舱顶部。气动噪声为具有多个峰值的宽频带噪声,频率不随雷诺数变化的峰值噪声由声共振导致,频率随雷诺数增加而增大的峰值噪声为气流冲击轮对下部导致。转向架区域的气动噪声的峰值频率与转向架舱、轮对尺寸有关,宽频带噪声受转向架形式影响。该研究结果可为理解转向架区域气动噪声源特性及降噪控制提供理论和数据支撑。

为了创建高速列车气动噪声源识别方法,以气动声学基本波动方程为基础,将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成,利用声辐射和流场物理量之间的关系,并结合高速列车气动数值仿真技术,建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法,从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别;基于涡声方程声源项特征,进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征,表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因,头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主;偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方,在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加,成为其形成强声源的主要原因.

以气流流经固体壁面产生的气动声源为研究对象,以力点源对应的偶极子气动声源声波动方程的声压解为基础,利用流场中声源辐射声压和脉动力、脉动力和压力梯度的关系,建立偶极子气动声源辐射声压与流场压力梯度的关系式;利用两偶极子声源可组成一四极子声源的概念,建立四极子气动声源辐射声压与流场脉动速度的关系式。最后,以圆柱绕流为研究对象,采用上述两关系式并结合数值仿真计算方法,得到圆柱绕流的偶极子和四极子气动声源大小和分布特征。结果表明偶极子气动声源向远场的声辐射声压由■▽p/■t决定,四极子气动声源向远场的声辐射声压由■2u2/■t2决定。

本文旨在对汽车后视镜-A柱区域气动噪声源的特征进行识别。首先,以涡声理论为基础,利用汽车气动噪声源主要为偶极子声源的声学特征,将气动声源等效为无数微球形声源组成。接着,利用声辐射和流场物理量之间的关系,结合气动数值仿真技术,建立了偶极子声源的识别方法,对汽车后视镜-A柱区域的气动噪声源进行识别。最后,基于物理量和声源的关系,揭示了偶极子声源的产生机理。结果表明,后视镜-A柱区域的主要偶极子声源出现在部件外形表面的棱线和转折位置,其物理量随空间的变化剧烈是产生气动声源的主要原因。涡量是声源强度的主要贡献者,但涡量ω和速度夹角θ对声源强度也有影响。

建立了某头型的1∶8缩比三车编组气动噪声仿真模型,采用大涡模拟获得车身湍流脉动压力,基于FW-H方程和声扰动方程分别获得远场噪声和近场噪声,从而建立一整套头型气动噪声预测方法.远场测点总声压级的仿真结果与风洞试验结果相差小于2.0dB(A),频谱变化趋势相同,量级相差较小,表明基于FW-H方程得到远场噪声的可行性.基于声扰动方程能够获得头型关键部位的总声压级,通过对比量级发现,转向架部位总声压级量级远大于其他部位,这与传声器阵列识别结果相吻合,从而验证了声扰动方程获得近场噪声结果.对比头型各部位湍流脉动总压力级和总声压级发现,转向架和排障器量级大于车窗、鼻锥和车体;与湍流脉动总压力级相比,总声压级分布更为均匀,量级更小.

以某款实车为研究对象建立了统计能量分析（Statistical Energy Analysis，SEA）模型，通过传播特性分析对其主要传播路径进行分类，并进行简化模型近似性分析。通过对SEA模型中主要和次要子系统选取，建立了2种简化模型，对其车内噪声和传播路径的计算表明:模型子系统特性改变，能量的传播路径和大小特性随之变化、甚至子系统对外界流体脉动和声场的接受能力也发生变化，导致得到的车内噪声计算结果发生改变。简化模型的使用还需进一步研究。

针对某乘用车空调系统气动噪声偏大的问题,采用格子波尔兹曼方法直接模拟噪声,同时求解流场和声场,并与试验相结合,开展噪声与结构优化。结果表明,该方法能较为准确地计算空调系统的流场和噪声,仿真与试验声压级曲线较为相似,总声压级仅相差0.8 dB(A)。经优化,在耳点位置噪声最大降低了约2 dB(A)。研究同时发现四极子噪声在某些频域内有较大的贡献。利用格子波尔兹曼方法模拟流场和声场是计算空调管道系统气动噪声准确有效的方法。

汽车高速行驶时气流导致的车身内外压差和密封件局部压力变化,会使车门密封传声加剧,目前针对车门密封传声的相关研究较少。通过小型气动-声学风洞实验测试手段,参考汽车实车门结构密封和气动力作用特点,建立门单道密封和门板四周密封结构实验研究环境和试验件,研究其密封结构的传声特性。研究表明:竖向和横向密封对门板中高频传声影响较大,后者中高频范围向低频扩展,对更高频影响不大,进一步分析给出了流体环境下门板结构全频段的传声、声辐射和透射特征;密封条压紧力和密封结构传声有正相关关系,但其受门结构四边支撑、内外压差和变形及密封条受力影响而变化。该研究对门隔声和密封设计具有重要的参考价值。

高校新工科建设是应对新一轮科技革命和产业变革的战略行动。面对我国“双碳”目标和智能电动汽车续驶里程等关键技术指标,产业快速发展与人才匮乏之间的矛盾日益突出,兼顾理论与实践的新工科人才培养实践教学体系亟须建立。以同济大学车辆工程专业本科生“流体力学与液压传动”课程为载体,结合课程大纲重点和难点,探索了研讨式、虚拟式、案例式实验教学、实物式等多种形式结合的课程实验教学方式,实现学生专业素质和创新思维的培养。