高速列车集电部气动噪声数值模拟

摘 要:针对铁路提速后高速列车集电部气动噪声过大的问题,在集电部引入导流罩,应用FLUENT对不含导流罩及含导流罩集电部的外流场和气动噪声分别进行数值模拟和分析. 流场计算采用稳态雷诺平均纳维斯托克斯(Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS)方法,声学模型选择边界层噪声模型. 计算结果表明导流罩的设计至关重要,合理的设计能使得导流罩较好地引导气流,起到降低集电部气动噪声的作用.

关键词:高速列车; 集电部; 导流罩; 气动噪声; 数值模拟; FLUENT

中图分类号:U270.1; U260.16; TB115

文献标志码:A

Numerical simulation on aerodynamic noise of

power collection equipment for high-speed trains

YANG Fan, ZHENG Bailin, HE Pengfei

(Institute of Applied Mechanics, Tongji Univ., Shanghai 200092, China)

Abstract: As to the issues that the aerodynamic noise produced by the power collection equipment of high-speed trains becomes significant as the speed increase of railway, a current-guide cover is introduced into the power collection equipment, and the flow field and the aerodynamic noise of the power collection equipment are numerically simulated and analyzed using FLUENT. The flow field is calculated by the steady-state Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) method and the boundary layer noise source model is selected for the acoustic model. The computational results indicate that the design of the current-guide cover is very important. A good design can make it well lead the airflow and decrease the aerodynamic noise produced by the power collection equipment.

Key words: high-speed train; power collection equipment; current-guide cover; aerodynamic noise; numerical simulation; FLUENT

な崭迦掌:2009-06-23 修回日期:2009-09-13

作者简介: 杨 帆(1984―),男,吉林长春人,硕士研究生,研究方向为固体力学,(E-mail);

郑百林(1966―),男,陕西岐山人,教授, 博士, 研究方向为复合材料力学与数值模拟,(E-mail)0 引 言

2007年4月18日,中国铁路进行第6次大提速,提速后的列车运行时速达200 km,部分区段时速达到250 km;2008年4月18日,举世瞩目的京沪高速铁路全线开工建设,这是目前世界上线路最长、标准最高的高速铁路项目;2008年8月1日,时速350 km的京津城际铁路开通运营,中国铁路从此开启“风时代”.随着列车速度的提升,噪声污染问题愈加突出,集电部的空气动力噪声增长迅速,远高于其他噪声增长幅度,这是因为空气动力噪声与速度的6次方成正比,而其他噪声与速度的2次方或3次方成正比.[1]噪声既是影响列车舒适性的重要指标,也是环境污染的重要公害之一,随着我国铁路的飞速发展,对高速列车气动噪声的研究将变得更有意义.

气动噪声的数值模拟始于20世纪90年代,虽然起步较晚,但随着计算流体力学的迅速发展而取得许多进展.国内很多学者采用数值模拟的方法计算车辆周围瞬态流场,通过计算流场的瞬态压力直接计算气动噪声[2-3]或者导入声学软件中进行求解[4].然而,对于比较复杂的模型,计算瞬态流场存在一定困难,网格质量要求较高,计算时间过长.稳态雷诺平均纳维斯托克斯(Reynolds Averaged Navier-Strokes,RANS)方法[5]

相对于瞬态方法的优势就在于其对网格质量要求并不高,而且计算时间也在可承受的范围内,计算结果具有一定的工程

参考价值,因此在工程领域中有着广泛的应用.

本文参照日本新干线的导流罩设计,在集电部引入导流罩,利用稳态RANS方法分别对无导流罩模型和引入导流罩的2个模型进行气动噪声计算,并对数值计算结果进行比较分析.