基于高阶谱差分的CAA模型预测高速列车过隧微气压波

高速列车以大于300 km/h的速度穿越隧道时,在隧道出口形成的微气压波具有较强的非线性。该微气压波幅值的数量级达到102 Pa,难以用传统的CFD方法（2阶精度）精确模拟。基于高阶谱差分的CAA模型是一种值得尝试的方法。CAA方法能在强非线性区域保持流体变量和声学变量的传递精度,高阶谱差分方法能够融入非结构网格,获得较高的计算效率和几何灵活性。本文在动模型试验平台开展200～350 km/h速度下的微气压波缩比试验研究；采用基于3阶谱差分的CAA方法,对轴对称圆管模型,数值研究了管口气压爆波的产生和近场辐射特性。数值结果和缩比试验结果的一致性,验证了该数值方法的准确性和可靠性。

高速列车过隧气压爆波的声学特征与传感器选型

基于传感器的选型对气压爆波的测试结果有较大影响,利用实验结果研究不同速度级下气压爆波的时频特征。利用高阶谱差分的CAA数值仿真技术研究气压爆波的远近场特性变化规律。在此基础上,对比分析采用3种不同传感器测试结果的合理性和准确性,给出不同情况下传感器的选型规律。研究结果表明:气压爆波能量主要分布在次声波区域;隧道口外气动噪声源分布在2倍管口直径范围内;气压爆波在制定行业标准时需要综合考虑气压爆波幅值和频谱特性。

非线性范畴微气压波快速预测模型

随着高速列车运行速度的不断提高,隧道出口的微气压波噪声污染问题愈发严重。高速列车穿越隧道速度增大到350 km·h^(-1)时近隧道区域形成较强的非线性声源区,其非线性随着高速列车穿越隧道的速度增大而增强。传统CFD方法计算效率较低,难以精确模拟此类现象,且用线性微气压波预测模型误差较大。针对该问题,根据现有线性微气压波预测模型,结合高阶谱差分计算气动声学模型与完全匹配层人工边界,构建非线性范畴的隧道微气压波预测模型,并与实验结果进行对比,论证该模型的准确性。结果表明:在200 km·h^(-1)、250 km·h^(-1)、300 km·h^(-1)、350 km·h^(-1)速度级下,微气压波声压峰值分别与隧道轴向距离r^(-0.87)、r^(-0.86)、r^(-0.85)、r^(-0.83)成正比。