《基於非結構格線的高速列車氣動噪聲LBM數值方法研究》是依託上海大學，由武頻擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於非結構格線的高速列車氣動噪聲LBM數值方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：武頻
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
隨著高速列車運行速度的提高，噪聲問題正受到越來越多的關注。數值研究能夠高效低成本地實現對高速列車氣動噪聲的計算分析，LBM（Lattice Boltzmann Method）數值計算方法具有並行性高、易於編程的特點，正受到越來越多的關注。但目前LBM方法多採用均勻格線進行數值計算，對處理高速列車等具有複雜外形的物體有一定難度。基於申請人前期對LBM方法理論及其套用的研究，有望解決這一問題。本項目針對氣動噪聲高精度低色散的計算特點，擬建立非結構格線下有限體積LBM（FVLBM）離散格式，套用移動最小二乘法（MLS）構建通量重構函式，提高計算精度，降低色散度，實現複雜外形氣動噪聲LBM數值計算方法，且套用該方法對高速列車進行氣動噪聲數值模擬，為其降噪設計提供合理化建議。該研究拓展了LBM方法在氣動噪聲數值計算領域的套用，具有較高的理論價值和套用前景。
結題摘要
本項目在三年的研究工作中對基於非結構格線的高速列車氣動噪聲LBM（Lattice Boltzmann Method）數值方法問題進行了詳細的分析、研究和計算。申請人根據前期在LBM 方法理論及其套用的方面的研究，再根據氣動噪聲高精度低色散的計算特點，建立了非結構格線下有限體積LBM（FVLBM）離散格式，套用移動最小二乘法（MLS）構建通量重構函式，提高計算精度，降低色散度，結合LES(Large eddy simulation)，初步實現了複雜外形氣動噪聲LBM 數值計算方法，並且對高速列車氣動噪聲的產生機理和分布情況進行了初步計算模擬，為高速列車的氣動設計提供快捷、高效、可靠的降噪優選方案。 基於移動最小二乘法的有限體積格式（FV-MLS）方法套用在求解N-S方程和Euler方程的氣動聲學的計算中，構造了高解析度的計算格式。由於移動最小二乘法的有限體積格式 ( FV-MLS ) 具有計算精度高、構造簡單等優點，本項目將FV-MLS 格式套用到LBM方法中建立了基於MLS 方法的有限體積LBM的離散 ( MLS/FVLBM ) 格式，並且通過選用合適的權函式，調節權函式中的參數來減小色散，從而實現了非結構格線上高解析度低色散有限體積LBM離散格式的研究。並對典型的噪聲問題進行了計算，驗證了算法的可靠性和正確性。 將大渦模擬（Large Eddy Simulation ，LES）和多弛豫時間格子玻爾茲曼（Multiple Relaxation Time（MRT）LBM）方法相結合，解決了LBM方法在高雷諾數流動模擬產生的數值不穩定的問題。文中結合D2Q9-MRT模型與Smargorinsky渦粘模型，對高雷諾數下二維圓柱繞流進行數值模擬。並根據實驗結果，系統分析了圓柱繞流渦的脫落形態，以及Strouhal數和其阻力升力係數隨雷諾數的變化情況。實驗結果表明該方法可以很好增加LBM在高雷諾數模擬中數值穩定性。 由於近年來我國高速列車運行速度的不斷提高，氣動噪聲已經成為高速列車噪聲的主要來源，因此，該項目針對某型號高速列車外形進行了格線生成，並且套用基於MLS/FVLBM格式的LBM方法對列車外流場進行了氣動噪聲數值分析，並且和現有Fluent商用軟體的計算結果進行了對比分析，給出了高速列車氣動噪聲的主要來源和列車上的大致分布，為我國高鐵工程的發展貢獻了一份力量。
