论文部分内容阅读
随着经济的发展与科技的进步,我国的高速铁路建设越来越完善,高速列车运营的速度不断提高。随之产生的噪声问题,尤其是空气摩擦噪声,严重影响了铁路沿线人民的正常生活。目前国内外关于高铁空气摩擦噪声的研究主要是从宏观角度出发,优化车厢的结构。如优化受电弓的结构、对列车头部进行流线化设计、改进转向架、百叶窗等部位的结构等。本文从微观的角度出发,模仿自然界鸟类、鱼类等的一些特殊微结构,在高速列车表面设计表面织构,研究表面织构对高铁噪声的影响。本文第一部分绪论介绍了国内外高速铁路建设的工程背景,以及高铁降噪研究的工程意义。总结了国内外关于空气摩擦噪声的研究方法和高速列车降噪研究的现状,对国内外关于表面织构减阻降噪的研究进行了综述,最后简单介绍了分形几何学。第二部分模仿鲨鱼的表皮结构,在高速列车表面设计了一层菱形表面织构,使用Gambit软件划分网格,结合Fluent软件建立计算模型。通过数值计算得出了计算区域内的噪声分布、速度场分布、湍动能分布等,根据数值计算结果分析了菱形表面织构的降噪机理。并进一步研究了列车运行速度、菱形织构的对角线比和菱形织构的深边比对空气摩擦噪声的影响。第三部分模仿雪花的分形结构,在高速列车表面设计了一层Koch雪花表面织构,使用Gambit软件划分网格,结合Fluent软件建立计算模型。通过数值计算得出了计算区域内的噪声分布、速度场分布、湍动能分布等。并进一步设计了多尺度Koch雪花表面织构,结合圆坑表面织构设计了复合表面织构,多角度分析了基于Koch雪花的表面织构对空气摩擦噪声的影响。第四部分模仿座头鲸头部和鳍状肢上的一层凸包结构,在高速列车表面分别以球缺和圆柱状为基元设计了均匀微凸起表面织构,使用Gambit软件划分网格,结合Fluent软件建立计算模型。通过数值计算得出了计算区域内的噪声分布、速度场分布、湍动能分布等。并进一步将两种基元分别错位排列和交叉混合排列,形成混合微凸起表面织构和复合微凸起表面织构,分析了其对空气摩擦噪声的影响。第五部分是总结与展望,先介绍了本文的主要工作和结论,然后提出了高铁仿生降噪还需进一步研究的内容和方向。