風洞試驗廠房降噪環保工藝設計研究

唐佳麗

中國航發上海商用航空發動機制造有限責任公司 上海 201308

通過介紹風洞試驗廠房噪聲的來源，總結風洞試驗廠房工藝設計原則，并以某風洞廠房可行性設計為例，研究分析該廠房的平面布置和降噪減排設計措施，為我國同類工業廠房設計提供參考。

1 噪聲和大氣污染的來源

1.1 空氣動力性噪聲來源

風洞設備在試驗運行時，將產生噪聲。根據空氣動力學原理，風洞試驗運轉時，高壓氣流將經過啟動閥、節流閥，氣流突然變化，局部氣流將形成漩渦分離引起氣體分子無規則的劇烈振蕩，此時會產生強噪聲；當氣流遇到變徑管道，氣流的流速與壓力發生改變，由于管道尺寸劇變（如噴管、喉道），而氣流又在試驗段遇到模型，噪聲將進一步加強。將統計，風洞試驗這種來源于高速氣流沿管道內壁流動、邊界層內氣流黏性摩擦、速度變化會產生空氣動力性噪聲瞬時噪聲可達到120dB以上[1]。

1.2 機械性噪聲來源

風洞試驗相關設備是一套多學科龐大復雜的試驗系統，需要配套冷卻水、供氣和供配電等多系統共同使用運行試驗，因此，風洞試驗還將產生電機運轉以及機件的撞擊摩擦等機械性噪聲[2]。

2 工藝設計原則

風洞試驗廠房在滿足科研試驗基本需求前提下，需遵循建筑、結構、給排水、暖通、電氣、消防、環保、衛生和勞動安全等各專業國家有關標準規范、法律法規，還需要考慮下列工藝設計原則。①采用“集中型”布置原則。將風洞試驗平臺與其附屬配套的冷卻水系統、供氣系統、供配電系統等盡量布置不同的房間內，試驗間與輔助房間之間采用混凝土墻以避免噪聲相互影響，如有不同試驗平臺，可以統籌共用同一套附屬配套系統，通過閥門及開關設備進行運行工位的切換，同時，控制系統進行連鎖保護，可以減少管線敷設長度、提高供氣供電供水可靠性，節約建設成本。②從聲源角度控制噪聲原則。優先選擇已經過降噪隔聲設計的風洞試驗平臺和高壓水泵等機電設備，減少機械性噪聲；在廠房設計中，將風洞試驗平臺布置在隔音罩或隔音間中，試驗平臺所在的主廠房與其他配套房間設置鋼筋混凝土墻，工作人員在輔助房間對風洞試驗進行控制，最大限度地保障人員職業健康和安全。③從傳播途徑角度控制噪聲。由空氣動力學原理來看，風洞試驗廠房中的噪聲是難以從根源消除的，需要從傳播途徑入手，采用合理的降噪減排措施，如設計隔音通道、綠化帶等，延長傳播路徑，減弱噪聲傳遞。④有組織的設置噪聲排出路徑。由于一般最強的噪聲產生于排氣口，大量氣流突然出口，與靜止的大氣分子將發生劇烈碰撞。在與大氣連接的最終排氣口設置合適風洞試驗類型的消音器，再將達到當地環保標準噪音波有組織地排放到大氣中。⑤采用先進的隔音降噪材料原則。風洞試驗平臺及配套高壓水泵等機械性噪聲源設備應設有隔音降噪措施，設備底部建議安裝彈簧減振器、橡膠減振墊，在廠房試驗間墻壁和頂部鋪設玻璃棉、泡沫塑料、隔音棉、隔音板等防火隔音降噪材料，吸收噪聲，減少噪聲傳遞[3]。

3 可行性設計案例

3.1 總平面布置

將電弧風洞主廠房、整流站、設備間、消聲通道、水電氣輔助用房及配套功能用房等相關設備和設施整合到一個廠房內，以減少廠房占地面積，便于集中采取環保治理措施和通排風措施；廠房東側設有為冷卻水系統提供水源的全地下封閉構筑物，通過工藝套管與主廠房地下設備間相連。

3.2 工藝平面布置

主廠房分為地上地下兩層，地上由3個電弧風洞試驗間組成，地下為設備間，布置給地上3個電弧風洞試驗平臺共用1套的水電氣配套設施及管路；主廠房西側布置整流站，與現有整流站并聯提供大功率直流用電；輔樓為地上2層，主要布置高低壓配電室、中控室及配套工藝用房。

3.3 降噪減排設計措施

降噪減排設計中，可采取以下措施：①廠房試驗間外墻做法為300mm鋼筋混凝土墻+100mm巖棉+200n髓隔墻+20mm抹灰（由外到內），屋面做法為20H啦憎水膨珠砂漿+7mm防水卷材+15mmDS砂漿+80mm保溫砂漿+70IIlm混凝土+0.2mm聚乙烯薄膜+16mm橡膠顆粒板+150mm鋼筋混凝土屋面板（由上到內下）；②三類電弧風洞試驗均在各自設置的隔聲量不低于40dB密封隔聲艙中進行，各艙內設有排氣口，通向廠房北側雙層消聲通道（噪聲傳播路徑延長到2倍），出口連接消聲塔，雙層消音通道和出口消音塔內均需安裝消聲材料；③試驗高溫產生的氮氧化物通過消聲通道出口處布置的脫硝裝置進行凈化處理，并通過15m高排氣筒集中排放；④主廠房3個風洞試驗間墻面及頂層設置及聲材料，用于吸收試驗間內的聲能，避免噪聲在房間內多次反射，每個試驗間設置隔聲量不低于40dB的雙層隔聲門，用于試驗室人員和設備的進出，同時設備運行時能夠隔離設備噪聲；⑤地下設備間東南角高低壓水泵安裝時設置減振基礎；⑥主廠房外墻、主廠房與整流站、主廠房與輔樓以及消聲通道等穿墻管線部位屬于噪聲直接暴露點，管道安裝后，需使管外皮與墻體之間預留至少150mm空間方形或圓形孔墻洞，待管線安裝后，再對孔洞進行隔聲封堵、管道隔聲包扎等隔聲措施處理。

3.4 環境保護與勞動安全衛生評價

該電弧風洞試驗廠房可行性設計遵循了國家現行的法律、法規和規章及標準規范，在工藝、建筑和結構專業采用了降噪減排措施，平面布置合理，環境保護、職業安全和職業衛生評價經第三方機構評價結論均為可行。

4 結語

綜上，風洞是空氣動力學研究和試驗中最廣泛使用的設施，可為航空、航天、汽車及大氣環境評價等應用領域提供服務。目前，國內外均已有較為成熟的風洞試驗設備，未來還有日益發展的趨勢，因此，在設計該類工業廠房時，一定要采取科學合理的設計措施控制風洞試驗時產生的噪聲。本文是針對風洞試驗工業廠房開展的工藝設計措施的分析研究，期望為我國同類工業廠房設計提供參考。