Flap이 있는 Cavity부근에서의 유동특성 해석

Abstract

300 km/h의 빠른 속도로 운행되는 고속열차는 일반열차에 비해 공력소음이 전체소음에서 많은 비중을 차지한다. 이러한 공력소음을 야기하는 소음원에는 여러 가지가 있는데 그 중 차량 간 공간은 전체 차체 표면에서 불연속점으로 작용하여 열차 외부의 유동을 매우 복잡하게 만들어 큰 공력소음을 발생시키게 된다. 이는 승객들의 쾌적한 여행을 방해할 정도로 높은 실내소음을 낳는다. 흥미롭게도 이러한 공력 소음은 차량 간 공간의 플랩 간격을 좁힘으로써 줄일 수 있다. 본 연구에서는 차량 간 공간 주위의 유동 특성에 대한 수치적인 연구를 수행하여 차량 간 공간의 플랩 간격이 소음에 미치는 이유를 유체역학적인 관점에서 파악하고자 한다. 였다. 이를 위해 차량 간 공간을 Flap이 있는 단순한 2차원의 Cavity로 모델링하였으며, 과 의 두 가지 난류모델을 사용하여 그 부근의 유동장 및 압력장을 플랩 간격을 변화시켜가며 계산하였다. 그 결과, Flap 간 간격이 넓을수록 차량 간 공간 위의 속도 분포에서 변곡점이 높게 위치하였다. 이 경우, 차량 간 공간 위의 변곡점 부근에서 생성된 Large eddy들은 벽면의 영향을 적게 받아 하류까지 더 오래 지속되어 공력소음을 발생시킬 것이다. 또한 넓은 Flap 간 간격은 Cavity 내부와 외부의 압력차이를 크게 하고 차량 간 공간 안과 밖으로 유동의 유출입을 강하게 하여 더 많은 소음을 야기한다.; For a high speed train which drives at the speed of 300 km/h, the aero-acoustic noise is dominant over the entire noise components. Among the noise sources, inter-coach spacings are very important because the discontinuity in the train surface disturbs the turbulent flows significantly, inducing a high level noise. This often leads to uncomfortableness of passengers. Interestingly, the aero-acoustic noise reduces with decreasing the flap spacing of the inter-couch spacing. We perform numerical simulations to investigate the flow characteristics around the inter-coach spacing and study what is responsible for the flap spacing effects on the aero-acoustic noise. We model the inter-coach spacing as a simple 2-D cavity with flaps, and calculate the velocity and pressure field using two equation turbulence models (k-e and k-w), varying the flap spacing. The results show that a wider flap spacing develops a higher inflection point in a velocity profile over the cavity. It is likely that large eddies generated near the inflection point over the cavity persist longer in the downstream since they are less affected by the wall, inducing the aero-acoustic noises. The wider spacing also results in the larger pressure difference between the inside and outside of the cavity. This is also responsible for the increased noise since the large difference would cause strong flow oscillations in and out of the cavity.