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原文传递 CRH3型高速列车气动噪声数值模拟研究

论文题名：	CRH3型高速列车气动噪声数值模拟研究
关键词：	高速列车;气动噪声;声类比理论;边界元法;数值模拟;非稳态流场
摘要：	随着高速列车运行速度的不断提高以及环保法规的日益苛刻，噪声问题成为了设计人员亟待解决的重要问题之一。气动噪声作为高速列车噪声的重要组成部分，受到了国内外相关研究人员的关注。在对高速列车气动噪声的研究中，数值模拟方法以成熟的算法、高效的计算工具为依托，在近五年内成为一个研究热点。本文采用基于Lighthil声类比理论的混合方法，数值计算并分析了CRH3型高速列车近、远场气动噪声的分布规律、频谱特性以及等效声压级等声学指标，探索性地研究了考虑四极子声源后远场气动噪声的特点，并与仅考虑偶极子声源时所得结果进行了比较分析，以期总结出四极子声源的发声特性。本文的主要工作内容和结果结论如下: 　　1.CRH3型高速列车外部充分发展的非稳态流场的建立。首先建立CRH3型高速列车简化模型的外流场计算网格，采用稳态计算，以车体表面稳态温度场的最终建立作为判据，得到外部流场一个合理的稳态收敛解;随后采用非稳态计算，以稳态流场基础上压力、速度和温度场在车体表面产生抖动作为判据，得到充分发展的外部非稳态流场。　　2.表面偶极子声源分析。利用Fourier变换，将表面脉动压力转换为表面偶极子声源，通过分析表面偶极子声源的分布和近场声压级频谱，可以得出以下结论:CRH3型高速列车车体表面强气动声源区主要分布在转向架、车厢连接处、车头导流板以及车尾;表面气动噪声源是宽频噪声源;计算所得表面偶极子声源的声功率满足与流体流动速度的6次方成正比的理论规律。　　3.建立高速列车全尺寸模型与缩尺模型的频率校正公式。鉴于针对高速列车难以建立有效的声学缩尺率的事实，以表面偶极子声源统计平均声压级频谱为基础，建立了CRH3型高速列车全尺寸模型与缩尺模型的频率校正公式。　　4.偶极子声源远场气动噪声分析。采用1∶10缩尺模型，以表面偶极子声源为边界条件，采用直接边界元法计算了高速列车远场气动噪声的分布、声压级频谱和标准测点等效声压级。经分析得:仅考虑偶极子声源条件下高速列车可以可近似看作线性声源;偶极子声源远场气动噪声为宽频噪声，声功率同样满足正比于速度6次方的关系;偶极子声源远场标准测点等效声压级在速度为300km/h时为92.5dB，与其他针对全尺寸模型的计算结果基本吻合。　　5.考虑四极子声源条件下远场气动噪声分析。在偶极子声源计算模型基础上加入空间四极子声源项，计算了CRH3型高速列车远场气动噪声的分布、声压级频谱和标准测点等效声压级。计算结果表明:考虑四极子声源的远场气动噪声声压级分布在低频时与偶极子声源远场声压级分布不同，在高频时相似，各频率声压级增大了10dB以上;远场气动噪声仍然为宽频噪声，但强发声频率段加宽;远场标准测点等效声压级在速度300km/h时为109.03dB，较偶极子声源结果增大了16.53dB。
作者：	刘济洲
专业：	车辆工程
导师：	李人宪
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文