为了探究真空管道高速列车气动噪声随着列车运行马赫数变化的分布规律,本文对真空管道交通(VTT)系统内高速列车气动噪声的研究主要采用理论研究和数值模拟相结合的方法。采用基于Lighthill声学分析法,建立高速列车的二维模型。运用流体软件FLUENT进行数值模拟,数值计算并分析了低压环境下真空管道内高速列车远场气动噪声的分布规律、频谱特性以及声压等声学指标;然后通过对数值模计算结果的后处理,对气动噪声数值规律总结。结果表明气流流速快、扰动作用强、脉动压力大、湍流活动剧烈的流线型车头为高速列车主要的噪声声源,即列车的气动噪声取决于列车表面脉动压力,脉动压力越强,声压值越大。

牵引电机冷却风扇是高速列车安全运行不可缺少的部件。由于列车方向交替运行,冷却风扇设计为正反转,要求冷却风扇正反转时具有相似的性能。因此,冷风风扇采用直叶片和对称壳体结构,其气动性能相对较差,与常规风扇相比,气动噪声相对较高。为了研究特殊电机冷却风扇的气动特性和气动噪声,在不同转速下对模型进行了三维数值模拟。采用声类比方法对离心冷却风扇噪声进行了分析,并在半消声室对牵引电机冷却风扇的运行噪声进行了测试。结果表明:在不同转速下,风扇出口处的流动特性相似,并给出了风扇出口的速度分布;随着转速的增大,总声压级呈线性增大。研究结果可以更好地理解气动噪声机理,改进离心式冷却风扇的结构,以降低空气动力噪声。

利用Fluent软件预测了风力机翼型在覆冰状态下的气动性能和气动噪声,采用大涡模拟与基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法模拟了不同覆冰状态下的声压级频谱和功率谱密度分布特征,分析了攻角和来流风速对声压级频谱和功率谱密度分布特征的影响。结果表明:覆冰使翼型的气动性能下降,升力减小,气流与壁面提前分离并进入失速区;明冰对翼型气动性能的影响最显著,霜冰次之;翼型覆冰后气动噪声明显增大,尤其覆明冰时翼型的气动噪声更突出;翼型覆冰前后气动噪声均随攻角增大而提高,未达到和超过失速攻角时气动噪声分别呈低频离散特性和宽频特性;来流风速对气动噪声的影响体现在总声压级上,各监测点的总声压级均随来流风速的增大而增强。

基于CFD分析软件Star CCM+,结合计算气动声学理论,对某汽车空气调节系统(HVAC)离心风机工作过程的流场和气动噪声进行数值模拟分析.采用Reynolds平均数值模拟(RANS)标准k-ε湍流模型模拟稳态流场,利用大涡模拟(LES)湍流模型和FW-H方程分析瞬态气动噪声,通过监测离心风机内部和外部布置点测得压力脉动,并由傅里叶变换得到监测点声压级频谱.结果表明,离心风机主要噪声是叶轮旋转产生的离散噪声(达98 d B),可适当增加叶片数,调整叶片间距,以减小离散噪声.本方法可为其他类型风机的气动噪声数值模拟提供一种有效的分析手段.

采用大涡模拟与声类比相结合的方法，对高速列车车辆连接部位不同尺寸参数时的气动噪声进行了数值模拟，并提出降噪改进方案。研究得到了高速列车以300km／h速度运行时车辆连接部位的气动噪声分布，结果表明：车辆连接部位气动噪声在很宽的频带内存在，是宽频噪声；各监测点气动噪声频谱在低频时幅值较大，随着频率的增大先增大后减小，1／3倍频程A声压级主要集中在315～1000Hz频率范围内；车辆连接部位不同尺寸参数中，气动噪声声压级幅值随着凹槽长度L和高度H的增大而有所增加；采用全风挡方案较无风挡时，有效避免气流在凹槽内剧烈扰动，气动噪声显著改善，声压级平均降幅约为9．4％，总声压级平均降幅4．27dBA；研究结果为低噪高速列车的初期研制设计提供科学依据。

以某乘用车气动噪声为研究对象建立了整车流体动力学模型,并用该模型提取车窗脉动压力,然后将该压力作为激励加载到车内声腔模型中对驾驶员耳旁噪声进行仿真分析,仿真结果与试验数据吻合。将车身表面Curle噪声源强度作为优化目标,采用离散伴随法进行灵敏度识别,进而确定后视镜、A柱截面、引擎盖为优化区域。采用哈默斯雷试验设计方法构建样本空间,利用网格自由变形技术参数化样本点模型,计算出对应的声功率值。运用Kriging插值法构建代理模型,使用多岛遗传算法对模型进行全局寻优。优化结果显示,与原模型相比,车窗表面声功率级最大值减小2 dB,驾驶员耳旁声压级下降0.7 dB(A)。

当前介绍轴流风机的系统理论和设计方法的资料还十分缺乏,实验结果和数据也很少,还存在运行效率低、噪声偏高、结构振动等问题。针对这种情况,对轴流风机进行理论仿真与实验研究,提高其产品的设计品质与运行效率,改进轴流风机的性能。

为了满足叶轮机械的高效非定常气动仿真需求,发展了耦合面元-涡粒子法和Lowson自由远场声学模型的气动声学快速方法,并应用于某型螺旋桨气动特性和噪声特性的预测研究。气动计算结果表明与有限体积法(finite volume method,FVM)相比,使用面元-涡粒子法(panel⁃vortex particle method,PVM)可以获得一致的叶表压力分布、下游尾迹速度分布和推力;相比于二阶的有限体积法,面元-涡粒子法的尾迹涡量数值耗散更低,尾涡附近速度梯度变化更明显。声学计算结果表明与有限体积法结合Lowson模型的声学结果相比,使用面元-涡粒子法与Lowson模型结合可以解出相近的声压级指向性结果,在声场特征指向位置处(桨盘前轴向夹角60°位置)1BPF(blade passing frequency)下声压级幅值相对误差仅为5%,能满足声学分析需求。在计算耗时方面,面元-涡粒子法求解速度比有限体积法高出一个量级,证...

基于逆向工程设计方法,提取具有优良气动性能和低噪声特性的长耳鸮翅膀展向40%截面位置处的翼型进行仿生重构,并将其应用于窗式空调用离心风机叶片的叶型改进中。采用数值计算方法研究了仿鸮翼翼型叶片4种不同中弧线分布方式的降噪效果,对最优设计风机的气动性能和噪声进行了试验验证。与原型相比,仿生翼型叶片按照单圆弧中弧线分布设计的离心风机降噪效果最好,在风量基本保持不变的同时风机噪声下降了1.3dB。风机内部流动及其噪声特性的数值模拟结果表明：仿鸮翼叶片的应用可减少叶轮流道内的低速分离区域,有效抑制通道内旋涡流的产生和发展,同时减弱叶轮与蜗舌间周期性的非定常相互作用,降低叶片前缘区域和蜗舌区域的压力脉动,从而有效降低空调用离心风机产生的气动噪声。

随着运行速度的提高,高速列车的通过噪声显著增加,由于气动噪声与列车运行速度的4~8次方成正比,气动噪声有可能成为高速列车的主要噪声源.基于Lighthill声类比理论的混合方法,结合完美匹配层边界条件和高阶单元,利用有限元法对CRH380A型高速列车远场气动噪声特性进行了计算分析,得到了列车远场噪声的分布情况、影响区域和传播方向.结果表明高速列车表面偶极子噪声源由车身向列车四周辐射,随着距车身距离的增加,辐射噪声不断衰减;随着频率的增加,高速列车周围各处噪声均下降,高声压级噪声的区域缩小,声压级分布渐趋于均匀;列车运行速度为300km/h时,标准测点处的噪声时域等效声压级为87.11dB,与实验实测值接近;不同运行速度下,标准测点处的噪声在很宽的频带内存在;随着运行速度的增加,标准测点处噪声声压级在频域和时域内都增加.