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原文传递高速车辆外部气动噪声场数值模拟研究

论文题名：	高速车辆外部气动噪声场数值模拟研究
关键词：	高速车辆;数值模拟;气动噪声场;分布规律;边界元法
摘要：	随着高速铁路和高速公路的迅捷发展，车辆的行驶速度不断提高，车辆工程技术的进步使得车辆总噪声中的其它噪声（如汽车行驶过程中的动力系统噪声、传动系噪声、进排气噪声等）得到有效控制并逐步降低，而车辆行驶时所诱发的气动噪声是随车速的六次方增长，气动噪声已逐渐上升成为车辆总噪声中越来越重要的组成部分，并明显地影响到车辆行驶时所产生的总噪声值。本文以Lighthill声类比理论为基础，采用边界元法并与计算流体动力学相结合，探讨了高速车辆在不同车速下所诱发的外部气动噪声场的分布规律特征。　　本文的主要研究工作和结论主要体现在以下几个方面: 　　 1)运动单极子声源和偶极子声源指向性因子研究　　从经典的声源理论出发，利用广义格林函数和运动声源的多普勒效应，从理论上研究了独立的匀速直线运动单极子声源（点声源）和偶极子声源的声辐射特征，并结合广义Lighthill方程推导出反映声源运动特征的一般运动声源（单极子声源、偶极子声源）以及流场中运动固壁所诱发的表面气动偶极子声源的指向性因子。　　 2)车辆外流场空气动力学特性的三维数值分析　　分别建立了轿车和高速列车的几何模型和外流场三维数值分析模型;从提高数值模拟计算精度的角度出发，确定了稳态流下采用Realizable k-ε两方程湍流模型并与增强壁面函数法(Enhanced Wall Treatment)相结合的方案，并在不同车速工况下对高速车辆外部流场空气动力特性的进行三维数值分析;确定车辆外流场大涡模拟(LES)的计算方案，在非稳态流下对高速车辆外部流场进行三维数值计算并得到流场边界的空气压力脉动情况。　　 3)基于宽带声源模型的车辆外部气动噪声源分布初步预测　　以宽带声源模型理论为基础，在明线环境下分别采用基于Proudman公式的宽带声源模型和基于Curle积分方程的宽带声源模型对稳态流状态下高速车辆表面气动噪声源分布进行初步预测，并对两种宽带声源模型进行了理论和模拟结果对比分析;采用具有较高精度的基于Curle积分方程的宽带声源模型，对隧道环境下高速车辆表面和隧道侧壁所诱发的气动噪声源强弱及分布特点进行初步数值分析;对原规范中公路隧道几何断面进行了初步改良设计，以降低隧道环境下车辆所诱发的气动噪声源强度，并验证了改良设计的有效性。　　 4)高速车辆车身表面气动噪声偶极子声源分布数值分析　　采用计算流体动力学(CFD)中的流场大涡模拟(LES)方法并结合Lighthill声类比理论，对高速车辆车身表面气动噪声偶极子声源的强弱及其分布进行数值模拟分析和研究，获得了不同车速工况下的轿车和列车车身表面气动偶极子声源分布特征。　　 5)高速车辆外部气动噪声场数值模拟研究　　以车身表面分布的偶极子声源作为声源边界条件，利用直接边界元法将相关声学基本方程的积分形式转化为外部无限空间区域边界上（即车辆表面边界）的积分，对声学Helmholz方程求解，实现了高速车辆外部气动噪声场的数值模拟分析，并对车辆表面分布的偶极子声源的指向特性进行了探讨。
作者：	郑拯宇
专业：	车辆工程
导师：	李人宪
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文