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高速列车气固界面的摩擦噪声研究

林世才  
【摘要】:随着科学技术的进步和国民经济的发展,我国高速铁路的建设已成为新的经济增长点,如四横四纵快速客运专线的建设等。这不仅提高了运行输送效率,缩短了人们的出行时间,使“夕发朝至”成为现实,同时也使城市之间的经济、文化、贸易等交流更加频繁。但是在铁路逐渐提速的同时,噪声问题越来越显得突出。当噪声传递到铁路客车内,会使乘客的乘车舒适度大为降低,而传递到铁路客车外,会使铁路沿线两侧需对噪声有限制要求的区域如:医院、学校、住宅区等深受其害。因此,噪声控制对高速铁路长期发展是个很值得研究的课题,目前有关噪声机理和控制的研究主要局限于轮轨噪声,而缺少空气动力噪声的研究。由于空气动力噪声的强度大约和运行速度的6次方成正比,在高速行驶时,空气动力噪声研究往往不容忽视。 本文第一章绪论首先介绍了高速铁路的工程背景,包括高速铁路的特点和意义、高速铁路的历史发展、国内高速铁路的建设现状、高速列车的噪声污染问题及研究现状,其次介绍了相关的科学理论,包括流体界面特性、气固界面边界层特性、分子间作用力、声学理论、摩擦噪声、仿生学。 第二章应用相对运动原理和边界层理论,针对高速列车的一节车厢建立层流边界层模型研究空气动力学现象,主要借助Matlab软件分析讨论车厢界面空气流体的速度场分布和噪声根源,并提出了考虑界面分子间作用力研究空气的流场。 第三章,在高速列车前端的光滑界面上建立微元体,并利用Gambit软件创建单元体和划分网格,通过Fluent软件建立湍流边界层模型(RNGκ-ε模型),从微观尺度分析了微元体内部流体的速度场、压力场、壁面剪应力场和噪声场。 第四章分析加工有圆坑织构的高速列车表面,利用Gambit软件和Fluent软件在微元体内建立湍流边界层模型进行数值模拟,分析了圆坑织构的深径比、面积比、布局、尺度对空气流体的速度场、压力场、壁面剪应力场和噪声场的影响。 第五章研究加工有三角织构的高速列车表面,利用Gambit软件和Fluent软件在微元体内建立湍流边界层模型进行数值模拟,分析了三角织构的方向、底高比、底深比、密度、布局、尺度对空气流体的速度场、压力场、壁面剪应力场和噪声场的影响。 第六章结合高速列车气固界面的微织构,分析讨论了已有加工方法的优缺点,并最终提出了复合电解超声加工方案,同时指出其他相关技术的可行性。 第七章是总结与展望,先介绍了本文的主要工作和结论,然后提出高铁降噪还需进行的研究方向和内容。


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