高速列车受电弓外流场气动噪声特性分析及控制方法研究

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随着高速列车速度的提高,轮轨噪声,牵引噪声等机械噪声退居其次,而气动噪声逐渐占主导地位,并造成环境污染。因此,研究高速列车气动噪声的产生机理和预测方法,进而提出有效的降噪措施,具有重要的理论研究意义和工程实际应用价值。以高速列车受电弓为研究对象,通过数值仿真,研究了其气动噪声的产生规律,并讨论了高速列车受电弓气动噪声的控制方法,完成了如下的研究工作。(1)建立了整车的三维模型,利用流体运动方程标准k-ε、大涡模拟(LES)和声学方程FW-H方程,进行了列车表面的气动噪声和表面压力的仿真计算;设计并搭建了高速列车气动噪声采集试验台,进行了高速列车气动噪声测试,噪声仿真结果和测试结果吻合得较好,验证了数值仿真算法的正确性。(2)建立了受电弓的三维模型,利用上述仿真方法,分析了开口和闭口运行工况下受电弓压力场和声场的分布规律,得到了两种运行状态下的声压级频谱图。仿真结果表明:受电弓气动噪声随压力增大而增大;开口运行弓头迎风面压力最大,下臂杆最小,闭口运行时上臂杆和下臂杆铰接处压力最大,上臂杆压力最小;开口运行时监测点处总声压级大于闭口运行时总声压级。(3)基于受电弓的气动噪声特性,提出了相应的噪声改进措施。将圆柱形臂杆改成波浪形臂杆和变截面臂杆,通过数值仿真研究了两种臂杆的压力场和声场分布特性。结果表明:变截面臂杆的气动性能优于圆柱臂杆的气动性能,气动噪声小于圆柱臂杆的气动噪声,可降噪1.2dB;对于波浪形臂杆,对比分析了具有三种波长和三种振幅的9种臂杆,结果表明,臂杆振幅2mm且具有263mm波长的臂杆减阻、降噪效果最好,降噪7.3dB.
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