机械工程学报

作者：史佳伟, 李牧皛, 张淑敏, 杨世均, 葛帅, 圣小珍

单位：西南交通大学牵引动力国家重点实验室 成都 610031

关键词：高速列车,受电弓,低温,气动力,气动噪声,FW-H方程；

基金：国家重点研发计划战略性国际科技创新合作重点专项（2016YFE0205200）和国家自然科学基金委员会—中国国家铁路集团有限公司高速铁路基础研究联合基金（U1834201）资助项目。

为研究低温对受电弓气动力和气动噪声的影响，基于三维可压缩黏性流体模型对速度200 km/h、300 km/h和400 km/h，温度-50℃、-20℃和15℃条件下受电弓周围流场进行数值模拟，并应用Ffowcs-Williams/Hawkings （FW-H）方程计算受电弓远场气动噪声。在此基础上分析了受电弓气动力和气动噪声随温度的变化规律以及气体压缩性的影响。研究结果表明，随着温度降低，受电弓所受压差阻力和黏性阻力均增大。环境温度由15℃降至-20℃和-50℃时，总的气动阻力增幅分别为14%和30%。速度越高，温度对气动阻力的影响越显著。在低温环境下，受电弓顶部部件气动升力波动更加剧烈，对受流质量有不利影响。低温导致受电弓表面脉动压力幅值增大且波动更加剧烈从而使远场气动噪声增大。在400 km/h速度下，环境温度由15℃降至-20℃和-50℃时，距受电弓7.5 m的水平半圆上的测点声压级分别平均增大约1.4 dB和3.2 dB，但不同温度下的气动噪声频谱特征相似。不同速度下温度降低引起的气动噪声声压级增长量相差较小。环境温度变化导致的空气密度变化是影响不同温度下受电弓气动力和气动噪声的主要因素。在上述计算条件下，使用不可压缩模型计算受电弓气动力和气动噪声声压级也可以获得较为精确的结果。

来源：2021年第2期

《机械工程学报》期刊编辑部

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