高速列車表面氣動(dòng)噪聲與聲屏障的研究

王儒梟 呂炎 黎蘇 劉庚非 劉曉日 亢佳賀

摘要 隨著高鐵的快速發(fā)展，高鐵噪聲的影響也受到廣泛的關(guān)注。在道路兩側(cè)設(shè)置聲屏障是降低噪聲污染的有效措施。寬頻噪聲模型采用RNG k-epsilon模型作為定常計(jì)算，F(xiàn)W-H聲學(xué)模型采用大渦模擬模型進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算，研究在不同的運(yùn)行速度下，列車噪聲對(duì)周圍的影響，并分析了不同類型的聲屏障的降噪效果。研究發(fā)現(xiàn)在道路旁加設(shè)直立型聲屏障近側(cè)面聲壓級(jí)比無聲屏障降低了66.45%，遠(yuǎn)車面降低了71.04%。將聲屏障改為頂部傾斜型，測(cè)得在近車面比直立型降低了1.2%，遠(yuǎn)側(cè)面相對(duì)降低了5.4%。

關(guān) 鍵 詞 高鐵噪聲;聲屏障;降噪;仿真模擬

中圖分類號(hào) U213.8 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

Abstract With the rapid development of high-speed railways， the influence of high-speed train noise has caused wide public concern. Setting up sound barriers on both sides of roads is an effective way to reduce noise pollution. Broadband noise source is calculated by the RNG k-epsilon model under steady condition. FW-H acoustic model is calculated by the large eddy simulation （LES） model under transient condition. The influence of train noise on surrounding areas at different speeds and the noise reduction effect of different types of sound barriers have been analyzed. Results show that the sound pressure level of the near side of the vertical sound barrier is 66.45% lower than that of the silent barrier， and the sound pressure level of the far side is 71.04% lower than that of the silent barrier. when changing the sound barrier to Y-type， it is found that the near train surface was 1.2% lower than the vertical type， and the far side was 5.4% lower than the vertical one.

Key words high-speed train noise; noise barrier; noise reduction; simulation

0 引言

快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得人們的出行更加方便。但鐵路的發(fā)展也給周邊的居住環(huán)境帶來了嚴(yán)重的噪音影響。目前通過對(duì)道路房屋建設(shè)布局、路面降噪研究、低噪聲車輛研究以及通過采取綠化設(shè)施等方法來降低城市噪聲。聲在空氣中沿直線傳播，在發(fā)聲點(diǎn)和接收點(diǎn)之間加設(shè)阻礙物，阻礙聲的傳播，可使接收點(diǎn)聲音分貝降低，這類阻礙物稱為聲屏障。聲屏障廣泛應(yīng)用于公路鐵路及飛機(jī)場，對(duì)減少周圍的噪聲污染起到重要的作用，這也使得噪聲對(duì)人們的生活和工作的影響大大降低[1-4]。聲屏障主要由承受構(gòu)件立柱和吸聲隔板構(gòu)成，根據(jù)外觀有直立型和頂部傾斜型、T型等多種，可以節(jié)省大量的空間，和周圍環(huán)境的合理搭配也不會(huì)顯得非常的突兀，而且主要是降噪效果十分的明顯。尤其對(duì)于一些老城區(qū)，早已形成的街道建筑格式是很難改變來適應(yīng)現(xiàn)代交通的發(fā)展，設(shè)立聲屏障就可以簡化這種問題，可以在解決噪聲問題的同時(shí)，充分考慮到周圍居民的生活環(huán)境[5]。Xiong等[6]現(xiàn)場測(cè)量研究了列車運(yùn)行時(shí)在高架橋噪聲屏障上引起的壓力變化，給出了壓力波動(dòng)隨時(shí)間變化曲線，并分析了列車速度、列車運(yùn)行線、測(cè)點(diǎn)位置及列車長和環(huán)境風(fēng)速對(duì)Δp 的影響。王國華[7]應(yīng)用Fluent流體力學(xué)仿真分析軟件，對(duì)車輛擾動(dòng)下的城市軌道高架橋聲屏障表面風(fēng)載荷及車輛駛過聲屏障產(chǎn)生的氣動(dòng)力進(jìn)行數(shù)值模擬，分析得出聲屏障的氣動(dòng)力沿車輛行進(jìn)方向及高度方向的變化規(guī)律。程浩等 [8]采用CFD數(shù)值模擬，通過二維繞流研究了水平風(fēng)向作用下高架橋兩側(cè)聲屏障表面風(fēng)壓的分布，分析得出來流側(cè)聲屏障的凈風(fēng)壓系數(shù)。Lü等[9]從列車組速度、列車與聲屏障距離、動(dòng)車組類型三方面對(duì)聲屏障的氣動(dòng)載荷特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，列車越靠近聲屏障，空氣動(dòng)力載荷對(duì)速度越敏感。Tokunaga[10]等通過對(duì)高速列車行駛過程中高噪聲障礙物動(dòng)態(tài)響應(yīng)的了解及現(xiàn)場測(cè)量和數(shù)值模擬，應(yīng)用單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)理論，總結(jié)了多體系統(tǒng)的共振效應(yīng)和尾脈沖重疊效應(yīng)的方法。

本文對(duì)CRH380B列車建立三維建模，采用RNG k-epsilon模型對(duì)寬頻噪聲模型做定常計(jì)算，應(yīng)用大渦模擬對(duì)聲場做瞬態(tài)計(jì)算，通過改變列車運(yùn)行速度，分析列車車頭表面的氣動(dòng)壓力噪聲;設(shè)計(jì)了兩種形式聲屏障，研究聲屏障的降噪效果。

1 聲屏障降噪原理

當(dāng)噪聲源發(fā)出的聲波遇到聲屏障時(shí)，它將沿著3條路徑傳播（見圖1和圖2）：一部分越過聲屏障頂端繞射到達(dá)受聲點(diǎn);一部分穿透聲屏障到達(dá)受聲點(diǎn);一部分在聲屏障壁面上產(chǎn)生反射。聲屏障的插入損失主要取決于聲源發(fā)出的聲波沿這3條路徑傳播時(shí)的聲能量分配。

2 應(yīng)用實(shí)例

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[責(zé)任編輯 ? ?田 ? ?豐]