102-高速列车转向架气动噪声分析.docx

高速列车转向架气动噪声分析

彭若龙1，范子臣2，卜继玲1

（1.株洲时代新材料科技股份有限公司，株洲412007；2.西南交通大学，成都610031）

摘要：采用计算流体力学与声类比相结合的混合数值方法进行高速列车转向架气动噪声仿真分析，计算在350km/h速度下转向架部位的流场分布状况，进而求得转向架在低频10~1000HZ的噪声源分布，以及远场观测点处的噪声谱。研究结果显示转向架区域复杂的湍流导致转向架表面有剧烈的脉动压力，这些压力脉动是引起气动噪声的声源。同时转向架部位的气动噪声属于宽频噪声，没有明显的主频率，场点处声压幅值最高达到70dB(A)。

关键词：气动噪声，转向架，高速列车

NumericalAnalysisonAerodynamicNoiseoftheHigh-speedTrainBogie

FanZichen1,PengRuolong2，BuJiling2

(1.SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China;2.ZhuzhouTimesNewMaterialTechnologyCO.LTD,Zhuzhou412007,China)

Abstract:AhybridCFD/CAAmethodbasedonLighthill’sacousticanalogyisusedtoforaerodynamicnoiseanalysisofthehigh-speedtrainbogie.Inthispaper,unsteadyflowaroundthebogieiscapturedusingLESat350Km/h,whichisthenoisesource.Attentionismainlypaidontherangesfrom10Hzto1000Hz.Thenfar-fieldsoundispredictedbyacousticanalogy.Theresultsshowthatthecomplexflowofairincludingaturbulentboundarylayeraroundthebogiegivesraisetoviolentpressurepulsation,whichleadstoaerodynamicnoise.Meanwhile,thenoiseexistsinwideband.Thehighestacousticpressureis70dB(A).

Keywords:Aerodynamicnoise,Bogie,High-speedtrain

概述

气动噪声是由于流体的脉动引起的辐射声场，产生机理基本可以分为流致振动导致的噪声和湍流的速度或压力脉动直接导致的噪声。高速列车在空气中高速行驶时，气流与车身发生相互作用，在列车表面形成复杂的气流流场，最终导致气动噪声的产生。这些噪声主要来自于列车表面以及某些装置部位。

高速列车从技术验证到目前的快速发展，既是现代经济激励竞争下要求高效交通输运的结果，更是人类科学技术发展的必然趋势。伴随列车速度的提高气动噪声以速度的6次方左右快速增长，且列车行驶速度超过260Km/h后主要噪声源会由轮轨噪声变为气动噪声源，因此高速列车主要噪声源自于气动噪声。降低高速列车的气动噪声对于提高列车舒适性、安全性以及降低对环境的噪声污染有着十分重要意义。

转向架部位结构复杂，气流在此处产生复杂的湍流现象，进而导致气动噪声的产生。作为气动噪声的主要部位之一，有必要对转向架的气动噪声进行分析。本文主要利用CFD与声类比混合仿真方法进行350Km/h下高速动车转向架部位的气动噪声分布，并探讨噪声分布以及对外界的影响。

计算理论

气动噪声的声源都来自于流场，因此气动噪声的声波方程可以从流体力学的基本方程入手导出。

声源求解方法

（1）流体基本方程

连续性方程：

?ρ?t+?

运动方程：

ρdvi

上述公式中，ρ为密度，v为流体速度，p为流体压力，F是作用在流体上的质量力。

（2）湍流模型

本文采用大涡模拟LES进行流场的瞬态计算。涡旋学认为湍流是由许多大小各异的漩涡组成，大尺度的涡旋对流体主要运动影响明显，小尺度涡旋通过非线性作用对大尺度涡的流动产生一定影响，这种不同尺度的涡旋不断发生变化并与湍流相互作用下产生不同大小、频率的压力脉动。大涡模拟是把流场中的湍流瞬态运动，过滤掉小尺度的漩涡，对大尺度漩涡的运动直接利用N-S方程求解，而小尺度的涡通过附加方程求解即采用亚格子模型进行模拟，是目前工程上计算湍流脉动比较理想的方法。