随着列车运行速度的提高,气动噪声成为高速列车的主要噪声源。高速列车气动噪声分布在车身所有高度且为宽频噪声,整车的气动噪声能量主要集中在500~4000Hz。中高频率的高速列车气动噪声研究已取得了很好的研究成果,频率在20~250Hz的低频噪声具有声波长、衰减慢、绕射能力强等特点。声屏障作为高速铁路噪声隔离最主要的方法之一,能够有效地屏蔽噪声传播。目前高速铁路声屏障降噪性能研究忽略了对低频气动噪声的降噪。本文针对声屏障内侧表面气动噪声问题,建立了高速列车、桥梁模型,选用2.15m高度直立型声屏障,利用流体力学软件Fluent,基于Lighthill声学理论,忽略四级子声源,采用RANS两方程模拟法、FW-H声学类比、Farassat的厚度噪声和载荷噪声的时域积分表达式,计算分析了高速列车在列车风和横向风作用下,沿桥面不同轨道位置运行时,其声屏障内侧表面的气动噪声特性及有效降噪区域分布。主要开展了以下几方面的研究工作:1.建立了二维声屏障-桥梁计算模型,采用CFD数值方法模拟非定常流场,并同步计算各声学监测点的气动声压,采用FFT变换计算其噪声总声压级和频谱分布。研究表明:声屏障增强了桥面空腔区域的逆压梯度及湍流反馈作用,桥面空腔区域声屏障内侧迎风侧气动噪声较不设声屏障有明显增大,总声压级增大3.3dB~7.7dB;背风侧较不设声屏障明显降低,总声压级降低1.7dB~6.7dB;列车下方空腔区域是气动噪声主要来源之一,最大声压级均出现在空腔底部区域。声屏障对于降低远场噪声有较大作用,较不设声屏障时降低8.0dB。2.建立了二维声屏障-列车-桥梁计算模型,考虑了横向风、列车行驶位置对空腔区域线性计权总声压级的影响。研究表明:气动噪声总声压级和低频气动噪声均随横向风增大而增大;远轨侧行驶列车低频气动噪声受横向风影响较近轨侧行驶列车更大。列车行驶位置改变了桥面二维空腔特性,列车迎风侧和背风侧显示了不同涡旋回流特性。相同横向风下,列车迎风侧气动噪声声压级总是高于背风侧,且当列车位于远轨侧时,背风侧声屏障内侧表面气动噪声总声压级明显高于近轨侧行驶列车。近轨侧及远轨侧行驶列车沿声屏障内侧表面噪声能量主要分布在距轨道顶部3.5m和5.5m范围内。3.建立了综合考虑列车风和横向风联合作用下的三维声屏障-列车-桥梁计算模型。采用多重参考坐标系法计算高速列车在铁路桥梁上运行时的瞬态解。研究表明:高速列车气动噪声具有宽频特性,低频气动噪声(<200Hz)增强了高速列车近场和远场气动噪声总声压级值,且噪声频率随行车速度增加而增大。纵向上,气动噪声沿列车纵向头部和尾部区域噪声辐射总声压级大于中部区域;竖向上,噪声沿声屏障竖向高度显示了明显的声学指向性,测点气动噪声随着距轨道顶部距离增加而降低;横向上,噪声沿桥梁横向距离上具有典型的线源特性,频谱曲线低频噪声段和距轨道中线距离呈线性降低关系。基于列车行车位置对声场分布的影响,得到列车位于近轨侧时,测点低频段和高频段噪声幅值梯度较远轨侧行驶时更高,在列车头部区域迎风侧、中部区域背风侧出现最大总声压级差值,分别为14.8dB和4.1dB。4.提出了高速列车声屏障内侧表面气动噪声有效降噪区域高度。铁路桥梁2.15m直立式声屏障内侧表面气动噪声在高于轨道顶部1.5m后有明显下降。以列车运行速度200km/h为例,距轨道顶部距离为1.5m和2.5m测点间,其近轨侧行驶列车迎风侧和背风侧相对总声压级差达到最大值,分别为7.3dB和9.2dB;而远轨侧行驶时最大总声压级差也出现在该测点间,分别对应为4.8dB和8.6dB。分析表明:声屏障内侧表面1.5m以下区域可作为有效降噪设计区域。