低温是高速列车常见的运行工况。环境温度降低使得空气的物理性质发生变化,进而影响受电弓的空气动力学和气动声学性能。本文针对低温环境下高速受电弓的气动噪声预测和控制问题,结合理论分析和数值模拟开展研究。首先,基于三维可压缩黏性流体模型对速度200 km/h、300 km/h和400 km/h,温度-50℃、-20℃和15℃条件下受电弓周围流场进行数值模拟,并应用Ffowcs WilliamsHawkings(FW-H)方程计算受电弓远场气动噪声。在此基础上分析了受电弓气动力和气动噪声随温度的变化规律以及考虑与不考虑空气压缩性时计算结果的差异。研究结果表明,随着温度降低,受电弓所受压差阻力和黏性阻力均增大。环境温度由15℃降至-20℃和-50℃时,总的气动阻力增幅分别为14%和30%。速度越高,温度对气动阻力的影响越显著。在低温环境下,受电弓顶部部件气动升力波动更加剧烈,对受流质量有不利影响。低温导致受电弓表面脉动压力幅值增大且波动更加剧烈从而使远场气动噪声增大。在400 km/h速度下,环境温度由15℃降至-20℃和-50℃时,距受电弓7.5m的水平半圆的测点声压级分别平均增大1.4 dB和3.2 dB,但不同温度下的气动噪声频谱特征非常相似。不同速度下温度降低引起的气动噪声声压级增长量相差较小。环境温度变化导致的空气密度变化是造成不同温度下受电弓气动力和气动噪声差异的主要因素。在本文的计算工况下,使用不可压缩模型计算受电弓气动力及气动噪声声压级也可以获得较为精确的结果。由于低温会恶化受电弓的空气动力学性能,故针对低温环境下受电弓的气动噪声进行控制时应同时考虑降噪措施对受电弓气动力的影响。之后,通过CFD结果确定了受电弓表面的主要气动声源位置并结合对受电弓区域流场的分析明确了受电弓气动噪声的产生机理。在此基础上分析了受电弓各部件对总噪声的贡献量和受电弓气动噪声的频谱特性。结果表明,不同温度下受电弓尾涡结构相似从而导致不同温度下受电弓表面气动声源分布相似。受电弓表面旋涡脱落和受上游部件尾涡冲击的区域是主要的声源位置。受电弓远场气动噪声主要由受电弓下部和上部区域贡献,能量主要集中在800 Hz以下的频段,频谱中的峰值主要由底座支架、平衡臂和后方滑板产生。最后,研究了受电弓舱对受电弓区域气动力和气动噪声的影响,并在此基础上建立受电弓下沉安装的八车编组列车模型,结合稳态雷诺时均模拟(RANS)和宽频带噪声源模型确定了有利于减阻降噪的升弓方式。结果表明,与外置式安装相比,受电弓下沉(受电弓舱)安装有利于减小受电弓区域气动阻力且对顶部区域升力影响很小;无论哪种安装方式,受电弓区域的气动噪声都由受电弓本身主导;无论升弓还是降弓,受电弓舱的存在均能显著降低受电弓315 Hz以下频段的噪声,而对于315 Hz以上的频段,受电弓舱对降弓状态下受电弓的气动噪声控制效果更好。对于下沉式的安装方案,升前弓和升后弓两种状态下受电弓区域总阻力相差不大,但升后弓比升前弓时受电弓区域总声功率低约1 dB。