高速列车转向架部位气动噪声数值模拟及降噪研究

黄莎，杨明智，李志伟，徐刚

(中南大学 交通运输工程学院，轨道交通安全教育部重点实验室，湖南 长沙，410075)

随着列车运行速度的提高，铁路噪声污染也急剧增加，过大的噪声将严重影响乘客和轨道沿线人们的生理、心理和正常生活，还可能引起周围有关设备和周边建筑物的疲劳损坏，缩短使用寿命，因此高速列车的噪声问题成为高速铁路发展过程中亟待解决研究的重要课题之一[1-2]。目前，随着列车运行速度的提高，机械噪声退居次要地位，气动噪声逐渐趋于主导地位。根据铁路噪声理论研究和实验测试，检定出了高速列车气动噪声源的主要产生部位[3-6]。国内外很多学者对高速列车不同位置处的气动噪声做了研究，Ikeda等[7-9]介绍了高速列车低气动噪声受电弓的设计理论和方法，并提出了改善受电弓气动噪声的设计方案；Sassa等[10]通过实验和数值计算对车门处产生的气动噪声进行了研究。而转向架部位是气流的喷射和回流区域，由于结构复杂，气流流经时底部产生严重的分离现象,形成漩涡，产生复杂的气动噪声，尤其是头车转向架部位，而对于高速列车转向架部位气动噪声的研究相对甚少。因此，本文作者基于Lighthill声学理论，应用LES大涡模拟和FW-H声学类比模型对高速列车头车转向架部位车外气动噪声进行数值模拟研究，并提出了降噪改进意见。

1 高速列车气动噪声数值分析理论

1.1 气动噪声声学方程

1952年，英国科学家Lighthill根据N-S方程和连续性方程导出了气动声学基本方程[11]：