高速列车表面气动噪声偶极子声源分布数值分析
高速列车车头气动噪声分析
高速列车车头气动噪声分析摘要随着列车运行速度的提高，高速列车气动噪声变得越来越明显，降低气动噪声已成为控制高速列车噪声的关键之一，而对高速列车气动噪声进行计算就显得尤为重要。
本文旨在研究高速列车气动噪声的计算方法，首先建立高速列车三维绕流流场的数学物理模型，分别利用标准k-ε湍流模型和大涡模拟计算了高速列车的外部稳态和瞬态流场；然后基于稳态流场，利用宽频带噪声源模型计算了高速列车车身表面气动噪声源，基于瞬态流场，分析了车身表面脉动压力的时域及频域特性，并利用Lighthill声学比拟理论计算了高速列车远场气动噪声，分析了远场气动噪声的时域及频域特性。
本文对高速列车气动噪声的计算研究，对研究和控制高速列车气动噪声具有一定的意义。
关键字高速列车；气动噪声；大涡模拟；宽频带噪声源模型；Lighthill声学比拟理论中图分类号文献标识码Analysis of Aeroacoustics for the Head of a High-speed Train ABSTRACT With the increasing of train speed, the aeroacoustics of the high-speed train is becoming more and more important. Reducing aeroacoustics has become one of the most significant factors to control the noise of the high-speed train and what’s the most important is to compute the aeroacoustics of the high-speed train. This paper aims to study the computational method of aeroacoustics for the high-speed train. It first establishes the mathematical and physical models of three dimensional flow field of the high-speed train and computes the external steady and unsteady flow field of the high-speed train using the turbulence model of standard k-εand the large eddy simulation (LES) respectively. Then based on the steady flow field, this paper computes the aeroacoustics sources on the body surface of the high-speed train using the Broadband Noise Source Model. Based on the unsteady flow field, this paper analyses the time and frequency domain characteristics of fluctuating pressure on the body surface and computes the far-field aeroacoustics of the high-speed train using Lighthill’s acoustics analogy theory as well as analyses the time and frequency domain characteristics of aeroacoustics in the far-field. The computational research of aeroacoustics for the high-speed train in this paper has a certain significance to study and control the aeroacoustics of the high-speed train.Key Words: high-speed train; aeroacoustics; large eddy simulation; broadband noise source model; Lighthill’s acoustics analogy theory高速铁路是世界铁路运输发展的共同趋势，也是铁路技术现代化的主要标志[1]。
高速列车导流罩气动噪声优化分析
高速列车导流罩气动噪声优化分析发布时间：2022-09-06T08:14:11.462Z 来源：《科技新时代》2022年4期作者：李新一吴健[导读] 近几年，我国的铁路交通事业蓬勃发展，研制出的具有自主知识产权的高速列车，李新一吴健中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心，吉林长春130062摘要：近几年，我国的铁路交通事业蓬勃发展，研制出的具有自主知识产权的高速列车，其高速、舒适、快捷的特点已深受广大乘客的好评，但同时，高速列车的噪声问题也日益严重，成为限制列车提速的重要因素之一。
列车在行驶到一定速度时，气动噪声成为列车的主要噪声源。
本文利用仿真分析方法，针对受电弓导流罩装置结构进行优化分析，得到较优的导流罩结构，为后期的气动噪声风洞试验提供依据。
关键字：高速列车；气动噪声；导流罩；仿真分析随着我国高速铁路的快速发展的同时，许多制约着列车提速的问题随着列车运行速度的提高逐渐出现，空气动力学就是在这种环境下发展起来的[1]。
通过研究，列车的机械噪声（轮轨噪声）与气动噪声组成了高速运行列车的主要噪声[2]，并且当车辆时速超过300km/h 时，气动噪声成为列车的主要噪声源，随着速度大约以60log10V（V为列车运行速度）的关系增长，即随行驶速度的6次方增长[3]。
在高速列车的气动噪声源中，受电弓区域的气动噪声占比较大，因此，如何有效地降低受电弓区域产生的噪声是降低车辆整体气动噪声水平的重点问题。
本文从气动噪声的角度分析某型号动车组在导流罩前缘和后缘倾角变化后的气动噪声特性，与原始结构相比评估改形方案的优劣。
具体包括以下三方面工作：（1）直行升弓工况下，通过对导流罩前缘倾角改形前后的表面气动噪声和远场气动噪声特性对比分析，评估改形方案的优劣。
（2）直行升弓工况下，通过对导流罩后缘倾角改形前后的表面气动噪声和远场气动噪声特性对比分析，评估改形方案的优劣。
（3）直行降弓工况下，通过对优化后的导流罩前缘倾角和后缘倾角的表面气动噪声和远场气动噪声特性对比分析，验证在降弓工况的效果。
高速列车集电部气动噪声数值模拟
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Ｋｅ ｒ ｓ ｈ ｇ －ｐ ｅ ｒ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｔａｎ；ｐ ｗ ｒ ｃ ｌ ｃ ｉｎ ｅ ｕ ｐ ｎ ； ｃ ｒｅ ｔｇ ｉ ｅ ｃ ｖ ｒ ａ ｒ ｄ ｍｉ ｏｓ ； ｏ ｅ ｏ ｌ ｔ ｑ ｉｍｅ ｔ ｕ ｒ ｎ — ｕｄ ｏ ｅ ； ｅ ｏ ） ａ ｃ ｎ ｉｅ ｅ ｏ ｎ
高速列车整车气动噪声声源特性分析及降噪研究
高速列车整车气动噪声声源特性分析及降噪研究张亚东;张继业;李田【摘要】针对高速列车气动噪声声源组成的复杂性和各部件对总噪声的贡献量问题,本文基于Lighthill声学理论,采用三维、宽频带噪声源模型、LES大涡模拟和FW-H声学模型对初期研制设计的某型高速列车气动噪声进行数值模拟,分析该型列车的主要气动噪声源特性及对整车的贡献量大小,并提出降噪改进意见.研究结果表明:高速列车气动噪声是宽频噪声,高速列车以350 km/h运行时,在20 Hz以下存在明显的主频率,整车主要能量集中在630～4 000 Hz范围内;距轨道中心线25 rn、头车鼻尖8 rn处的纵向噪声评估点,总声压级达到最大值95.9 dBA;离轨道中心线的距离越大,其横向噪声评估点的声压级衰减幅度越小;运行速度的大小不改变列车声功率和远场噪声评估点的分布规律,只改变其幅值,随着运行速度的增大其增加幅度越小.高速列车最主要噪声源为头车的鼻尖和排障器,其次是转向架,最后是车辆连接处;对整车总噪声的贡献量,800～1 600 Hz范围内主要是头车,630～4 000 Hz范围内主要是转向架,且中心频率为160 Hz的幅值远大于车体、头车、尾车和风挡区域的噪声,1 000～2 000 Hz范围内的噪声主要是车辆连接处,且中心频率为400 Hz和1 600 Hz时出现峰值;在车辆连接处设置全风挡及列车转向架部位设置全包裙板后,降噪效果明显.文中所得研究成果,可为高速列车气动噪声分布规律和结构优化、减阻降噪提供一定的科学依据.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】10页(P40-49)【关键词】高速列车;气动噪声;大涡模拟;噪声贡献量;宽频带噪声源模型;Lighthill声学比拟理论【作者】张亚东;张继业;李田【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TB535;TK83随着车辆运行速度的不断提高，高速列车的振动噪声问题变得日益突出。
基于气动声学的高速列车振动与噪声控制研究
基于气动声学的高速列车振动与噪声控制研究高速列车是当今国家重要的交通工具之一，其重要性可以从经济、环境、能源等多个角度考虑。
但是，高速列车在运行过程中产生的震动和噪声却是不可避免的问题，这不仅会影响列车内部乘客的乘坐舒适感，还会影响周边居民的日常生活。
为此，基于气动声学的高速列车振动与噪声控制研究应运而生。
一、高速列车振动与噪声的来源高速列车在行驶过程中，主要会带来两种干扰，即振动和噪声。
首先来看高速列车的振动源，主要包括以下几个方面：（1）轮轨作用。
轮轨作用会引起列车的振动和噪声，尤其是在高速列车的高速行驶过程中，由于频率增加，振动和噪声的影响就越严重。
（2）车体骨架。
车体骨架是轨道交通中非常重要的部件，但是其不可避免的振动和噪声问题一直困扰着轨道交通的研究。
（3）能源装置。
高速列车在行驶过程中需要能量的供给，发动机、电机等能源装置的运转会带来一定程度的振动和噪声干扰。
其次，高速列车的噪声源主要包括以下几个方面：（1）轮轨作用。
轮轨作用不仅会引起振动，还会产生高频的辐射噪声，这种噪声会对列车乘客的耳朵产生极大的刺激。
（2）风噪。
由于车辆行驶会带来空气的运动，高速列车行驶时空气会在车体和轴线周围流动，产生大量的风噪声。
（3）车体和车门的噪声。
列车在行驶过程中，当车门在停车和开关过程中碰撞车体和道岔时，会发出一些杂音噪声，还会产生一些紊流和湍流噪声。
二、基于气动声学的高速列车振动与噪声控制研究的应用基于气动声学的高速列车振动与噪声控制研究，是利用声学理论和空气流动规律，在列车运行过程中对其振动和噪声进行精细控制的一种技术手段。
这种控制方法不仅具有减小车体振动和噪声的优点，而且对于提升列车行驶速度、降低运营成本等方面也有很大的意义。
（1）振动控制在高速列车运行过程中，应用气动声学技术可以有效地控制列车产生的震动，并对车体的振动进行精细控制，从而提高列车的乘坐舒适度。
具体方法包括利用空气动力学原理设计悬挂系统、对车体加装振动控制器、布置较好的垫层、使用光滑性好的钢轮等。
高速列车气动噪声特性分析及其控制
高速列车气动噪声特性分析及其控制随着高速列车的运行越来越频繁，气动噪声成为了影响列车行驶舒适性的主要因素之一。
在高速列车中，气动噪声主要由列车运行时与空气的摩擦所产生的气流声和空气流动所引起的涡旋噪声组成。
因此，对高速列车的气动噪声特性进行分析，以及有效地控制噪声，对于提高列车行驶的舒适性及其使用寿命具有重要意义。
一、高速列车气动噪声的特性分析高速列车气动噪声的特性是由列车的运行速度、车身外形、风阻特性以及空气性质等因素共同决定的。
其中，列车运行速度是影响气动噪声最重要的因素。
在列车高速运行时，气动噪声主要是由瞬间所产生的气动力引起的。
气动力是由于列车在空气中移动而产生的渐进压强差所引起的。
不同的列车速度会产生不同的气动力和气动噪声。
此外，车身外形和风阻特性也对气动噪声的产生起着重要的作用。
列车的车头设计经过了不断的优化，以减小平均运动阻力系数，但是车顶和侧面的流线设计并不完全。
这些不太完整的表面都会产生涡流和紊流，并且产生噪声。
二、高速列车气动噪声的控制为了控制高速列车的气动噪声，需要从以下几个方面入手。
1、减低列车与空气之间的阻力列车运行中产生的气体扰动最主要的来源是空气与车辆表面的摩擦。
因此，在设计列车时，需要具备减小阻力的能力。
目前，列车的车头设计已经相当成熟，可以减小运动阻力系数。
同时，列车的车窗和车门等部位也需要采用适当的密封措施，防止气体进入车内，从而减小气体扰动产生的噪音。
2、采用降噪技术目前，列车行驶过程中，采用的主要降噪技术有：被动噪声控制技术和主动噪声控制技术。
（1）被动噪声控制技术：被动噪声控制技术的主要目的是减低高速列车所产生的噪声，以保证乘客的舒适度。
该技术一般采用狭缝吸声器或声学环境控制技术等。
（2）主动噪声控制技术：主动噪声控制技术是通过引入消噪装置来达到降低噪声的效果。
主动噪声控制技术主要有智能噪声控制技术和反噪声技术两种。
3、采用先进的材料和技术为减小高速列车的气动噪声，还可以采用更加先进的材料和技术，如减音材料、空气动力学技术等。
高速列车上气动声振特性分析及其控制研究
高速列车上气动声振特性分析及其控制研究高速列车作为现代交通运输领域的重要组成部分，其安全性与舒适性一直是关注的热点问题。
其中，气动声振特性分析及其控制是重要的研究方向之一。
首先，针对高速列车上的气动声振问题，需要进行相关特性分析。
气动声振是指风切声、流动噪声、空气动力噪声等声波与物体振动相互作用产生的声振问题。
因为高速列车经过时在车厢内会产生较大的气流，因此其气动声振是较为复杂的。
一方面，高速列车的气动声振会对列车内部的乘客造成较大的噪声干扰，降低了乘坐体验。
另外一方面，过高的气动声振会对车体结构形成损害，对于列车稳定性的影响也不容忽视。
针对高速列车上的气动声振问题，应该通过实验和仿真等方式分析其特性，并在此基础上探究有效的控制策略，降低列车运行时的气动声振水平。
对于特性分析方面，可以通过对车体结构进行实验测试和数值仿真等方式进行。
例如，通过风洞实验探究车辆在高速情况下的气动特性，掌握其振动机理和振动主要发生区域；通过数值仿真构建具体列车模型，重现车体振动及噪声信号，掌握其变化规律和产生原因。
这些数据和实验结果对于制定控制策略非常有价值。
其次，为了有效控制高速列车运行时的气动声振，对于控制策略的研究也非常重要。
目前常见的气动声振控制策略主要包括振动隔离控制、主动降噪控制和结构优化控制等。
振动隔离控制通过采用具有隔振性能的材料或结构改善车体震动特性，达到减振的效果；主动降噪控制则是通过喇叭、扬声器等音源发出反向声波，抵消车内的噪声信号；结构优化控制则是通过改善列车结构设计，减少车体在高速情况下的气动影响，从而达到控制气动声振的目的。
这些控制策略的选择应根据实际情况进行调整，比如针对不同场景选择不同的控制策略，从而达到更加理想的控制效果。
综合以上分析，高速列车上的气动声振特性分析及控制研究是一个综合性难度比较大的课题。
需要通过实验和仿真模拟掌握列车的气动行为，同时探究有效的控制策略，降低列车运行时的气动声振水平。
高速列车气动噪声的理论研究与数值模拟的开题报告
高速列车气动噪声的理论研究与数值模拟的开题报告一、研究背景和意义高速列车作为现代化交通工具，其极具发展潜力和广阔前景。
然而，高速列车的气动噪声问题备受关注。
高速列车在高速行驶时，会产生由于空气流过车身表面而产生的噪声，如果不得到有效控制，很容易对乘客、驾驶员和周围环境造成不可忽视的负面影响。
因此，研究高速列车气动噪声的理论和数值模拟，具有重大的科学意义和实用价值。
本文旨在基于理论分析和数值模拟，探究高速列车气动噪声的特性和产生机理，为其进一步的控制和降噪提供科学依据和技术支持。
二、研究内容和方法1.研究高速列车气动噪声的理论基础和产生原理，探究影响气动噪声的主要因素；2.建立高速列车气动噪声的数值模型，使用计算流体力学（CFD）方法，模拟高速列车通过隧道、桥梁等场景中的气动噪声；3.分析高速列车气动噪声的频率特性、声场分布和声压级等参数，探究不同工况条件下气动噪声的变化规律；4.探索高速列车气动噪声控制和降噪的技术手段和方法。
三、预期结果和目标通过本论文的研究，预期达到以下目标和结果：1.深入探究高速列车气动噪声的机理和特性，为其进一步控制和降噪提供科学理论和技术基础；2.建立高速列车气动噪声的数值模拟模型，模拟高速列车在不同场景中的气动噪声，获知噪声的频率特性、声场分布和声压级等参数；3.分析高速列车气动噪声产生机理和控制方法，提出一些有效的降噪方案和技术手段；4.对高速列车气动噪声的研究结果进行实际应用和推广，为高速列车的安全、环保和社会效益做出贡献。
四、论文结构安排本论文预计分为以下几个部分：1.绪论：介绍高速列车气动噪声问题的背景和意义，阐明研究内容和方法，分析预期结果和目标；2.课题背景与技术路线：介绍高速列车气动噪声的相关工作和研究现状，阐述本文的研究方法和技术路线；3.高速列车气动噪声的理论分析：对高速列车气动噪声的机理和产生原理进行理论分析，探究影响气动噪声的主要因素；4.高速列车气动噪声的数值模拟：建立高速列车气动噪声的数值模拟模型，使用CFD方法，模拟高速列车通过不同场景中的气动噪声；5.高速列车气动噪声的特性分析：分析高速列车气动噪声的频率特性、声场分布和声压级等参数，探究不同工况条件下气动噪声的变化规律；6.高速列车气动噪声的控制与降噪：探索高速列车气动噪声的控制和降噪技术手段和方法；7.结论：总结本文的研究成果，对高速列车气动噪声的控制与降噪提出建议和展望。
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ｔｒａｉ“
单极子声源项（ｃ项）积分可不必考虑”４’”ｏ；在文 献［１２］中ＩｊｇｈｔｈｉｌＩ指出：流场中四极子声源与偶极 子声源强度之比正比于马赫数的平方，而高速列车 的运动仍属于低速运动（远小于马赫数），其四极
子源噪声强度远小于偶极子声源，故四极子声源项
流场计算域为长方体形状，入口距车前端２倍 车长，出口距车后端４倍车长，高度为４倍车高，宽 度为４倍车宽．车身表面贴体网格采用三角形网 格，为了更好捕获车身表面附近湍流场参数．在边 界附面层区域内，按照ｌ：１．３的比例拉伸成３层三 棱柱附面层网格．其它计算区域体网格的划分选用 四面体网格，采用分层加密的方式，对车体近壁层 的网格加密，远离车体的网格采用稀疏网格，以减 少计算量，加快收敛速度．同时利用其对称性，沿车 身纵向对称平面截取一半作为计算域，以节约计算 机资源，空间体单元约为１８７万，见图３．声源网格 则主要用于在直接边界元中生成声源边界条件，其 网格大小是由所分析频率的上限所决定的，文中采 用四边形贴体网格，最大单元长度为１８ ｍｍ．
流相互作用而产生不同频率的压力脉动，是诱发车
辆产生气动噪声的主要原因．各国发展高速铁路和
高速列车的同时，均对高速车辆气动噪声方面做了
收稻日明：２０ｌｌⅢ３．２２
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（２０１００１８４１１０００２）；重庆市自然科学基金计划项目（ｃＳＴｃ，２００８ＢＢ７３４１）；重庆 市教委科学技术研究项目（ＫＪｌ００８１ １） 作者简介：郑拯宇（１９６９一），男，讲师，博士研究生，研究方向为车辆空气动力学及环境工程、工程力学、计算机应用技术等， Ｅ－ｍａｉｌ：ｚＩＩｅｎｇｚｈｅｎｇｙｕ＠１２６．ｃｏｍ 通讯作者：李人宪（１９５４一），男，教授，博上，主要研究方向为车辆空气动力学，Ｅ．ｍａｊｌ：ｒ】【ｌｉ＠ｈｏｍｅ．ｗｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
由Ｎｙｑｕｉｓｔ采样定律ｎｒ知，当采样频率大于信号中
上＿…＝ｋＡｒ＝＾／（．Ｊ＼，缸），
式中：ｐ．。为辐射声压；Ｐ（ｙ）为边界上的流体脉动 压力；Ｃ（ｚ，ｙ）为拉普拉斯方程的格林函数，表示 在流场中固体表面ｓ上ｙ处的点声源于ｒ时刻发 出的声音在ｔ时刻传至ｘ处的声压；ｓ，为固体表 面积分区域；ｎ，表示在固体表面ｓ上ｙ处的外法 线向量；Ⅳ为采样点数；ｋ为第＾个采样点．
源边界条件．
Ｆｉｇ ３
图３列车计算流场模型
ｎｏｗ矗ｅｌｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆｔｌｌｅ廿ａｉｎ
３
高速列车偶极子声源分布数值模拟
３．１流场计算结果分析
‰２缈掣峨，
㈤
（４）
列车外部计算流场人口采用速度边界条件．速 度工况分别设定为２ｌＯ和２７０ ｋＨ∥ｈ，出口采用压 力边界条件，在非稳态下利用大涡模拟湍流模型对 高速列车外流场进行计算．并输出压力脉动信号．
万方数据
西
南
交
通
大
学
学
报
第４６卷
加速度引起的声源（流体位移分布），是单极子声
源项．其中，Ａ项只存在于运动固体表面之外，在固
体表面内为零，占、ｃ项仅在固体表面上产生．
１．３
高速列车气动声源分析及其计算方法 对于在空气流场中行驶的高速列车．其车身表
Ｆｉｇ
２
面可以看作是刚性的，体积脉动量几乎为零，所以
图２列年几何模型 ｃｅｏｍｅ埘ｍｏｄｅＪ ｏｆｔｈｅ
ｓｏｕｒｃｅ８
争一ｃ２鲁＝丢≥一去［ｐ声∽若】＋ 可————ｒ—一
言ｋ艿∽老】，
。———１—●
（２）
式中：ｐ’＝ｐ—ｐ。为声压，ｐ。为未受扰动时流场压
力；６∽为Ｄｉ啪书函数．
’胁．Ｉ
坐
图ｌ流场区域
Ｆｉｇ．１ ｎｏｗ ｆｉｅＩｄ ｗｉｔｈ ｓｏ“ｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ
式（２）中，方程右边Ａ项是“ｇｈｔｈｉｕ声源项，为 表中，单极子声源是由纯放射状的运动压缩周 围流体而发出声的声源；偶极子源是由２个相距很 四极子声源项；８项表示由表面脉动压力引起的 声源（力分布），是偶极子声源项；Ｃ项表示由表面
万方数据
第６期
郑拯宇等：高速列车表面气动噪声偶极子声源分布数值分析
９９７
大量的研究工作．但大多数的研究工作主要采取现 场采样等实验手段Ｈ引，由于气动噪声并不存在一
个清晰的音调，噪声能是在一个宽频带范围呈连续 分布的，故欲从现场采样数据中提取并分析由气流
近、相位完全相反，并以相同振幅振动的单极子声
源构成，具有声场的最大指向性；四极子源则是由 ２个相位不同的偶极子声源构成，并且由于轴的方
产生不同频率的压力脉动，列车表面的偶极子声源
正是由这种流场边界脉动压力所决定的．因此，文 中采用大涡模拟（ＬＥｓ）湍流模型和ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ－
Ｌｉｌｌｙ亚格子模型求出流场边界脉动压力，将此脉 动压力导人声振耦合软件ｓｙｓｎｏｉｓｅ，利用式（３）在 声学网格上转换成声辐射压力，即声载荷，并在利 用快速傅里叶变换（Ｆｎ＇）将流场中时域脉动信号 变换成频域信号后，利用式（４）求出压力脉动频 率”“…，从而获得气动噪声辐射场中的偶极子声
一步研究高速列车车身优化设计和铁路干线噪声
环境控制提供数值分析依据．
１基于Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ方程的声源理论及 其数值计算策略
１．１流场中声源的分类 流场中的声源包括单极子声源、偶极子声源和 四极子声源３种。钆¨】，如表１所示．
表ｌ流场声源的分类
Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｗ ａｃｏｕｓ￡ｊｃ
气动力学特性下的环境污染问题日益突出¨引．其
气在列车表面附近形成流动状态十分复杂的湍流 场，产生旋涡、旋涡脱落、气流分离、再附着等复杂
的边界层流态，所形成不断发展的不同尺度涡与湍
中，列车高速行驶时所产生的气动噪声对列车乘坐 舒适性以及对铁路干线周边的环境噪声污染等指 标将产生重要影响ｐ１．列车高速行驶时，周围的空
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
ｌｅｖｅｌ ｉｓ ａｐｐｍｘｉｍａｔｅｌｙ ９７ ｄＢ． Ｖｅｈｉｃｌｅ ｎｏｉｓｅ；神ｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｓ；ｕｎｓｔｅａｄｙ ｎｏｗ；ｌａｒｇｅ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：
ｅｄｄｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（ＬＥＳ）；ｂｏｕｎｄａｒｙ
ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ（ＢＥＭ）
高速化已经成为当今世界铁路发展的共同趋 势，随着我国高速铁路建设的推进，伴随而来的空
式中：ｐ为空气密度；ｎ为压应力张量；ｃ为声速 度；％为流体在茹ｉ向速度分量；瓦为Ｌｉｇｈｔｈｉｎ应力 张量． １９５５年，Ｃｕｒｌｅ将Ｌｉｇｈｔｈｉｎ方程应用于引入静 止固体边界条件的有限空间流场中，得到Ｌｉｇｈｔｈｉｕ－
Ｃｕｒｌｅ解形式㈦．１９６６年。Ｆｆｏｗｃ８ Ｗｉｌｌｉａｍｓ和
Ｈａｗｋｉｎｇｓ将Ｃｕｄｅ的研究成果扩展到运动固体边
（Ａ项）亦可忽略不计．因此，Ｆｗ－Ｈ方程右边仅剩
下偶极子声源项（Ｂ项）．表明：行驶中的高速列车
所产生的气动噪声源主要来自于其车身表面附近 的偶极子声源，其强弱和分布特性决定着其外部辐
射声场的强弱及其分布规律．
湍流场由不断发展的大小不同的涡旋构成，一 般认为大尺度涡控制流动特性，小尺度涡耗散能
量．这种不断发展的不同尺度涡与湍流相互作用而
ｓｈｏｗ ｔ｜Ｉａｔ ｗｈｅｎ
ｓｏｕｒｃｅ
ｔｒａｊｎ
ｒｕｎｓ
２７０ ｈｎ／ｈ ａｎｄ ｔｈｅ ｆ如ｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ２．５ ｋＨｚ，ｍａｉｎ ａｅｍｄｙｎａｍｉｃｓ ｎｏｉ∞
ｏｖｅｒ
ｗｉｔｈ
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基于ＬｉｇｌＩｔｈｊⅡ方程的气动声源理论分析
英国学者Ｌ曲ｔｈｉｌｌ于１９５２年在没作任何简化
和假定前提下，在一个无边界的自由空间中通过严
格的流体运动连续方程和动量方程，并与静止介质
中的声传播公式相比对，得到反映了流场中声波运 动与流场参数之间关系的Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ波动方程【Ｉ ２１：
源模型理论对车辆表面气动声源强弱的分布进行
位不同，可分为横向四极子声源和纵向四极子
声源．
１．２
脉动所诱发的噪声信号存在较大困难，而大型静音 风洞数量稀少、成本高．因此，部分学者试图利用数
值模拟分析方法进行研究，并取得了一定的进 展阳引．但其研究方向主要致力于车辆内部封闭空 间的声场分析，或针对车辆外部流场中有限个离散 点的噪声信号进行预测，或局限于选择某种宽带声
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大致预判，而这类宽带声源模型是基于稳态流场建 立起来的，在其理论推导过程中作了一系列必要的 简化假设，并忽略了湍流中涡旋在时间历程上对整
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（１）
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体流场声能的影响，故精度不高，并且均不能获得