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高速列车气动噪声的理论研究与数值模拟
| 论文题名： | 高速列车气动噪声的理论研究与数值模拟 |
| 关键词： | 高速列车;气动噪声;脉动压力;声压级;频谱分析;数值模拟 |
| 摘要： | 随着列车运行速度的提高，高速列车气动噪声变得越来越明显，已经成为高速列车的主要噪声源，对车外及车内环境的噪声污染有着不可忽视的影响，降低气动噪声已经成为控制高速列车噪声的关键之一。本文从理论研究和数值模拟两个角度研究高速列车气动噪声，其主要工作包括： 1.高速列车远场气动噪声的理论研究。从流体声学理论出发，结合高速列车运行的实际边界条件，建立了高速列车远场气动噪声的理论预测公式，该公式表明高速列车远场场点的声压可近似地用车身表面的脉动压力表示。车外气流作用在车身表面的脉动压力是引起高速列车气动噪声的源。 2.高速列车外部流场的数值模拟方法。本文建立了高速列车三维绕流流动的物理数学模型，数值模拟了高速列车在平地、路堤、高架桥上的外部稳态流场和平地上的外部瞬态流场，并对流场进行分析。分析结果表明相对流速越大，等压线分布越密、压力梯度越强，此处的脉动压力变化越剧烈；车身表面脉动压力是随时间变化且具有随机特性，频谱分析表明车身表面脉动压力具有宽频带特性。 3.高速列车车身表面噪声源计算分析。基于标准k-ε湍流模型，利用Broadband Noise Source Model计算了平地、路堤、高架桥上高速列车车身表面噪声源。计算结果表明，三种运行工况下车身表面噪声源的分布规律很相似，声源强度差别很小，声功率级和表面声功率级在数值上的差异不超过2dB，但随着列车运行速度的提高，列车车身声功率及表面声功率都显著增加，降低气动噪声对发展高速列车至关重要。 4.高速列车远场气动噪声计算分析。基于SST k-ε湍流模型，利用Ffowcs Williams and Hawkings Model计算了平地上高速列车远场气动噪声。通过分析测点的声压级和频谱，获得了高速列车远场气动噪声的特性。计算结果表明：列车运行速度的增加只是使得有效声压增大，而并不改变测点声压的频谱特性。 5.高速列车车内气动噪声计算方法研究。利用统计能量分析法建立了高速车内气动噪声的理论计算方法，利用Fortran编制了计算程序，计算了平地上列车运行速度为350km/h时高速列车车内气动噪声，并研究了车内气动噪声的降噪方法。 |
| 作者： | 刘加利 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 张继业 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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