高速列车车端连接处低频气动噪声形成机理及控制方法研究

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列车的提速给人们的出行带来了极大的便利,但提速的同时也产生了令人烦扰的噪声问题。列车高速运行时,车端连接处产生的气动噪声是主要噪声源之一,并且随着列车速度的提高,车端连接处噪声对车内环境的负面影响愈加严重。在我国某主干线上运行的某型时速350公里高速列车车端连接处存在显著的低频噪声问题。针对此问题,本文采用线路试验与数值模拟相结合的方法,基于腔体流致噪声原理分析该噪声主频的产生机理,并在明确产生机理后探究相应的控制方法。主要工作和结论如下:首先,针对某型高速列车在350 km/h运行速度下的其中相邻两节车辆的车端连接处的车内、外区域进行线路测试,结果显示,该处车内、外的噪声均主要表现为显著的低频特征,且在37.0 Hz处的噪声幅值比其他频率处分别高出14 d B和17 d B以上。为了分析车端连接处低频噪声的产生机理,对国内外的腔体流致噪声研究进行了综述,主要内容包括腔体流致自持续振荡与腔体流致共振噪声。根据腔体流致噪声机理,对高速列车车端连接处低频噪声形成机理进行初步分析,初步判断噪声主频主要与车端连接处外风挡下开口前缘的周期性涡旋脱落和内外风挡所围的“Helmholtz共振腔”有关。其次,在验证数值模拟方法的准确性后,为验证初步分析中的判断,基于可压缩的大涡模拟法,建立了不同的高速列车车端连接处近场气动噪声预测模型。对包含两节车辆与车端连接处的原车型在350 km/h运行速度下进行数值模拟,结果显示该处存在38.1 Hz的噪声主频,与线路试验结果吻合很好;同时关于运行速度和外风挡不同开口影响的研究证实了初步结论。最后,在明确车端连接处近场低频气动噪声的产生机理后,为实现对峰值频率与幅值的控制,通过对改变关键参数(车端距离L和空腔体积V)与在开口附近增设被动装置(扰流板)的模型进行数值模拟,结果表明:改变空腔体积V对峰值频率的控制较为显著;在下开口增设扰流装置对特定峰值的幅值有较明显的抑制效果(降低约5 d B),这可能与减小涡脱激励力大小有关。本文主要探究高速列车车端连接处的近场低频气动噪声问题,为高速列车中类似腔体流致噪声问题的研究提供参考。
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