CRH3型高速列車氣動(dòng)噪聲數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高速列車運(yùn)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(jì)人員亟待解決的重要問題之一。氣動(dòng)噪聲作為高速列車噪聲的重要組成部分，受到了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員的關(guān)注。在對(duì)高速列車氣動(dòng)噪聲的研究中，數(shù)值模擬方法以成熟的算法、高效的計(jì)算工具為依托，在近五年內(nèi)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文采用基于Lighthil聲類比理論的混合方法，數(shù)值計(jì)算并分析了CRH3型高速列車近、遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的分布規(guī)律、頻譜特性以及等效聲壓級(jí)等聲學(xué)指標(biāo)，探索性地研究了考

2、慮四極子聲源后遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的特點(diǎn)，并與僅考慮偶極子聲源時(shí)所得結(jié)果進(jìn)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(chǎng)的建立。首先建立CRH3型高速列車簡(jiǎn)化模型的外流場(chǎng)計(jì)算網(wǎng)格，采用穩(wěn)態(tài)計(jì)算，以車體表面穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的最終建立作為判據(jù)，得到外部流場(chǎng)一個(gè)合理的穩(wěn)態(tài)收斂解;隨后采用非穩(wěn)態(tài)計(jì)算，以穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)基礎(chǔ)上壓力、速度和溫度場(chǎng)在車體表面產(chǎn)生抖動(dòng)作為判據(jù)，得到充

3、分發(fā)展的外部非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)。
　　2.表面偶極子聲源分析。利用Fourier變換，將表面脈動(dòng)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(chǎng)聲壓級(jí)頻譜，可以得出以下結(jié)論:CRH3型高速列車車體表面強(qiáng)氣動(dòng)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(dòng)噪聲源是寬頻噪聲源;計(jì)算所得表面偶極子聲源的聲功率滿足與流體流動(dòng)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(duì)高速列車難以建立有效的聲學(xué)縮尺率的事實(shí)，以表面偶極子聲源統(tǒng)計(jì)平均聲壓級(jí)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(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)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(jì)算了高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的分布、聲壓級(jí)頻譜和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)等效聲壓級(jí)。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(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)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(yuǎn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)等效聲壓級(jí)在速度為300km/h時(shí)為92.5dB，與其他針對(duì)全尺寸模型的計(jì)算結(jié)果基本吻合。
　　5.考慮四極子聲源條件下遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲分析。在偶極子聲源計(jì)算模型基礎(chǔ)上加入空間四極子聲源項(xiàng)，計(jì)算了CRH3型高速列車遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲的分布、聲壓級(jí)頻譜和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)等效聲壓級(jí)。計(jì)算結(jié)果表明:考慮四極子聲源的遠(yuǎn)場(chǎng)氣動(dòng)噪聲聲壓級(jí)分布在低頻時(shí)與偶極子聲源遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓級(jí)分布不同，在高頻時(shí)相似，各頻率聲壓級(jí)增大了10d