高速铁路高架桥周边气动噪声理论分析和数值研究
发布时间：2020-03-23 17:20
【摘要】：随着铁路建设技术的不断完善和列车研发技术的不断成熟,中国营运专线列车的行驶速度越来越快,而随着车速的提高,气动噪声在铁路噪声中占有的比例也越来越大,当车速超过300km/h时,气动噪声将占有主导地位。中国在高速铁路的建设中,桥梁平均总长占线路总长约为50%,部分线路如京沪线的桥梁占比高达80%,本文以京沪线为研究背景,分别从理论分析和数值研究两个方面来研究复兴号列车在高架桥上高速行驶时,所引起的气动噪声向四周辐射的空间分布规律,从而为降低铁路沿线噪声、改善铁路沿线居民的日常生活提供一定的理论参考。本文的主要研究内容包括:(1)对气动噪声的理论进行分析,以流体动力学基本控制方程为基础,推导了适用于高速列车实际运行条件的声波波动方程。再借助Green函数对该声波波动方程进行求解,得到了列车高速运行时引起的远场接收点处声压波动的理论预测公式。结果表明:列车高速行驶时,气流作用在列车表面的脉动压力是引起气动噪声的主要原因。(2)对不同的湍流和气动噪声数值模拟方法进行对比分析,建立车辆-桥梁模型,先利用Reynolds平均法(RANS)对高架桥上列车周围的流场进行稳态计算,再以稳态计算结果为初始条件,利用宽频带噪声源方法计算列车表面的声功率级。结果表明:车尾和车头附近区域的声源能量明显比车身附近大,但是不能进一步判断车尾和车头附近声源能量的大小,宽频带噪声源方法只能从整体上判断声源的强弱。(3)利用大涡模拟方法对高架桥上列车周围的流场进行瞬态计算,并对列车表面的脉动压力进行分析。结果表明:由于车尾附近的气流从压力较大的鼻尖处向压力较小的变截面处逆向流动,从而形成波动较大且能量较高的湍流,导致车尾附近区域的声源能量比车头附近区域的大。(4)根据轨道机车噪声监测国家标准(GB/T5111—2011)布置远场空间监测点,利用FW-H方程对列车高速运行时引起高架桥周边空间监测点的远场气动噪声进行计算。结果表明:沿桥梁纵向,气动噪声能量在车头和车尾变截面处较大,且车尾变截面处的噪声能量最大;沿桥梁横向,随着离线路中心线距离的增大,气动噪声强度不断降低并且降低的幅度越来越小;沿桥梁垂向,在距离轨道顶面1.2m处的气动噪声强度最大。(5)研究了车速、列车外形和桥墩高度对高速铁路高架桥周边气动噪声的影响。结果表明:随着列车运行速度的变化,列车表面声源能量和诱发的远场气动噪声都会相应增大;桥墩高度的变化虽然不会影响列车表面的声源能量强弱,但是会影响高架桥周边远场气动噪声的空间分布。
【图文】：
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网规划（２００８年调整）》，并指出中国高速铁路的发展应该以每小时２００公里以上逡逑的“四纵四横”客运专线为重点；在２０１６年最新的一次对《规划》修编后，提出逡逑了新时期“八纵八横”高速铁路网的宏伟蓝图⑴。图１－１与图１－２分别为我国“四逡逑纵四横”与“八纵八横”铁路网的布局。逡逑０２３逦—邋ｅ？．逡逑１邋}杪叮у义稀觯桑校保保ⅲ浚浚埃㈠危浚垮澹恚恚恚恚礤义希繓苠义稀鲼胫蒎义希樱剩樱哄危礤澹
本文编号：2597031
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