在高速列车车身长度保持一定的情况下,不同长度的车头会对列车整体的气动特性(阻力、升力)、列车表面噪声源分布变化、远声场特性(A计权声压级、脉动声压、声场频率等)造成不同的变化。进行三维建模之后,宽频噪声模型采用RNG k-epsilon模型做定常计算,FW-H声学模型采用大涡模拟(LES)模型进行瞬态计算,对时速为350km·h-1,5~13m不同长度车头的高速列车简化模型进行数值模拟,分析气动特性和声场特性。结果表明:高速列车的整车阻力随车头长度增加先呈现减小趋势,当车头长度达到13m时整车阻力开始增大;高速列车远场声压级随车头长度的增加呈现增加态势。综合阻力与远场声压级随车头长度的非线性变化规律,在高速铁路简化模型下最佳车头长度为9m,可保证在减小行车阻力同时控制噪声对环境的污染。研究结论可为高速列车的减阻降噪提供参考。

对某型号高速列车头车构建1∶1三维模型的CFD网格,进行数值模拟仿真计算并将结果进行公式拟合。模拟研究在列车直行且无侧向风条件下,改变列车行驶速度,高速列车头车表面气动噪声源分布规律以及列车表面气动噪声与车速之间的关系。结果表明:高速列车头车表面气动噪声主要产生在头车尖端,且受流线型曲面光滑程度影响较大,受流线型曲面之后的部分影响较小;高速列车头车表面气动噪声声功率与车速的5.6次幂成正比。降低头车表面气动噪声的措施为增大流线型曲面的曲率半径等。通过对不同车速下高速列车头车表面气动噪声源的数值模拟仿真计算,为列车模型风洞实验以及实车测试提供数据参考,也对高速列车降低气动噪声提供一定依据。

利用声学风洞模型试验的快捷、方便、实验可重复等优势,进行风洞仿真试验,研究高速列车外部气动噪声的频谱特性以及随车速的变化关系。根据相似理论搭建高速列车模型风洞试验系统;进行高速列车外部气动噪声的近场测量,对声压信号进行傅里叶变换并运用互谱法得出高速列车气动噪声声强的频谱分布;建立高速列车仿真模型,仿真高速列车外部气动噪声特性。通过试验验证仿真结果的准确性。

随着高铁的快速发展,高铁噪声的影响也受到广泛的关注。在道路两侧设置声屏障是降低噪声污染的有效措施。宽频噪声模型采用RNG k-epsilon模型作为定常计算,FW-H声学模型采用大涡模拟模型进行瞬态计算,研究在不同的运行速度下,列车噪声对周围的影响,并分析了不同类型的声屏障的降噪效果。研究发现在道路旁加设直立型声屏障近侧面声压级比无声屏障降低了66.45%,远车面降低了71.04%。将声屏障改为顶部倾斜型,测得在近车面比直立型降低了1.2%,远侧面相对降低了5.4%。

基于Lighthill声类比理论分别求解高速列车气动噪声的产生和传播过程,首先由RNG k-ε湍流模型求得流场的稳态计算结果,之后采用大涡模拟和FW-H方程对比直立与半圆形声屏障降噪性能的差异,通过建立包含3节车编组的CRH380A型高速列车和2种声屏障在内的仿真模型,研究声屏障几何形状的改变对声学性能及降噪能力产生的影响。结果表明:圆心角为180°的半圆形声屏障在测点处的平均插入损失较大,同时对气动噪声的降噪需求有着良好的匹配,综合声学性能较传统的直立声屏障更优;缩小圆心角会导致半圆形声屏障的降噪能力相应降低,其插入损失在圆心角由180°减至120°的过程中呈现明显的下降趋势,之后的降幅相对较小,圆心角为30°的半圆形声屏障降噪效果已与等高的直立声屏障类似。