高速車輛外部氣動噪聲場數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著高速鐵路和高速公路的迅捷發(fā)展，車輛的行駛速度不斷提高，車輛工程技術的進步使得車輛總噪聲中的其它噪聲（如汽車行駛過程中的動力系統(tǒng)噪聲、傳動系噪聲、進排氣噪聲等）得到有效控制并逐步降低，而車輛行駛時所誘發(fā)的氣動噪聲是隨車速的六次方增長，氣動噪聲已逐漸上升成為車輛總噪聲中越來越重要的組成部分，并明顯地影響到車輛行駛時所產(chǎn)生的總噪聲值。本文以Lighthill聲類比理論為基礎，采用邊界元法并與計算流體動力學相結合，探討了高速車輛在不同車速下

2、所誘發(fā)的外部氣動噪聲場的分布規(guī)律特征。
　　 本文的主要研究工作和結論主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　 1)運動單極子聲源和偶極子聲源指向性因子研究
　　 從經(jīng)典的聲源理論出發(fā)，利用廣義格林函數(shù)和運動聲源的多普勒效應，從理論上研究了獨立的勻速直線運動單極子聲源（點聲源）和偶極子聲源的聲輻射特征，并結合廣義Lighthill方程推導出反映聲源運動特征的一般運動聲源（單極子聲源、偶極子聲源）以及流場中運動固壁所誘發(fā)的表

3、面氣動偶極子聲源的指向性因子。
　　 2)車輛外流場空氣動力學特性的三維數(shù)值分析
　　 分別建立了轎車和高速列車的幾何模型和外流場三維數(shù)值分析模型;從提高數(shù)值模擬計算精度的角度出發(fā)，確定了穩(wěn)態(tài)流下采用Realizable k-ε兩方程湍流模型并與增強壁面函數(shù)法(Enhanced Wall Treatment)相結合的方案，并在不同車速工況下對高速車輛外部流場空氣動力特性的進行三維數(shù)值分析;確定車輛外流場大渦模擬(LES)

4、的計算方案，在非穩(wěn)態(tài)流下對高速車輛外部流場進行三維數(shù)值計算并得到流場邊界的空氣壓力脈動情況。
　　 3)基于寬帶聲源模型的車輛外部氣動噪聲源分布初步預測
　　 以寬帶聲源模型理論為基礎，在明線環(huán)境下分別采用基于Proudman公式的寬帶聲源模型和基于Curle積分方程的寬帶聲源模型對穩(wěn)態(tài)流狀態(tài)下高速車輛表面氣動噪聲源分布進行初步預測，并對兩種寬帶聲源模型進行了理論和模擬結果對比分析;采用具有較高精度的基于Curle積分方

5、程的寬帶聲源模型，對隧道環(huán)境下高速車輛表面和隧道側壁所誘發(fā)的氣動噪聲源強弱及分布特點進行初步數(shù)值分析;對原規(guī)范中公路隧道幾何斷面進行了初步改良設計，以降低隧道環(huán)境下車輛所誘發(fā)的氣動噪聲源強度，并驗證了改良設計的有效性。
　　 4)高速車輛車身表面氣動噪聲偶極子聲源分布數(shù)值分析
　　 采用計算流體動力學(CFD)中的流場大渦模擬(LES)方法并結合Lighthill聲類比理論，對高速車輛車身表面氣動噪聲偶極子聲源的強弱及其