V型減載式聲屏障的氣動載荷性能設(shè)計

李鋒 許潔

1中國空空導(dǎo)彈研究院（471009）2天津大學(xué)（300072）

V型減載式聲屏障的氣動載荷性能設(shè)計

李鋒1許潔2

1中國空空導(dǎo)彈研究院（471009）2天津大學(xué)（300072）

為了提高V型減載式聲屏障的減載性能，運(yùn)用三維仿真軟件fluent對V字形的倒角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并且找出V型聲屏障的減載特性與流道寬度、V形倒角之間的關(guān)系，為新型聲屏障的進(jìn)一步設(shè)計提供了依據(jù)。

V型減載式聲屏障；優(yōu)化設(shè)計；fluent仿真；減載率

0 引言

隨著我國高速鐵路列車運(yùn)行速度的不斷提高，普通聲屏障的安全性、降噪性等已經(jīng)無法滿足要求[1]。高速列車行使時產(chǎn)生的脈動氣壓力會對聲屏障產(chǎn)生很大的氣動載荷[2]，損壞聲屏障的結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生安全隱患，阻礙了降噪水平的進(jìn)一步提高。因此要求聲屏障不僅具有良好的吸聲降噪性能，還要具有良好的減載特性[3]。V型減載式聲屏障是為適應(yīng)高速鐵路的飛速發(fā)展而設(shè)計的一種新型聲屏障，在傳統(tǒng)聲屏障基礎(chǔ)上開設(shè)V字形流道、填充和涂敷吸聲材料而形成，能有效降低聲屏障所受氣動力，可以通過增加聲屏障高度等方法增加降噪效果[4]，較好地兼顧了降噪性和氣動載荷特性。

1 V型減載式聲屏障模型

圖1為V型減載式聲屏障橫置剖視圖，吸聲片厚度80 mm，寬度175 mm，兩吸聲片的間距為55 mm，流道下倒角為直角，上倒角為半徑12 mm的圓弧。

圖1 V型聲屏障

仿真模型的建立與驗(yàn)證

按照風(fēng)洞試驗(yàn)室中實(shí)物模型的安裝狀態(tài)，建立表面積均為1 m2的普通聲屏障和V型減載式聲屏障的三維模型。

在北京交通大學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)室里對普通聲屏障和V型聲屏障分別進(jìn)行受力試驗(yàn)（如圖3所示），試驗(yàn)段尺寸為：3.0 m×2.0 m×15.0 m。

Er為風(fēng)洞試驗(yàn)中聲屏障的平均受力F與聲屏障的平均受力f之間的相對誤差：

圖2 三維仿真模型

圖3 聲屏障試驗(yàn)布置

通過試驗(yàn)得到1 m2聲屏障的平均受力試驗(yàn)值與仿真計算獲得值的對比如表1所示。

表1 試驗(yàn)和數(shù)值計算值比較

2 V型聲屏障的倒角設(shè)計

只改變V型聲屏障的倒角對聲屏障的整體結(jié)構(gòu)、可行性、降噪性等性能的影響最小。為了提高聲屏障的減載特性，對V型聲屏障的倒角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計具有十分重要的意義。

定義V型聲屏障的減載率為：

2.1 上方倒圓半徑的設(shè)計

將只改變流道上方倒圓Rx半徑大小的改進(jìn)方案定義為Ⅰ類V型聲屏障，如圖4（a）所示。

圖4 V型聲屏障

分別設(shè)Rx為12 mm、15 mm、20 mm、25 mm，記為R12、R15、R20、R25，設(shè)直倒角聲屏障為CHA，分別建立聲屏障的三維模型進(jìn)行數(shù)值計算，得到平均受力和減載率的仿真結(jié)果（如表2所示）。

表2 Ⅰ類聲屏障的數(shù)值計算結(jié)果

由表2可知，改變流道上方倒圓半徑的大小，聲屏障的平均受力降低很少，減載率只提高1.44%。因此只改變流道上方倒圓半徑的大小，不能有效提高V型聲屏障的減載率。

2.2 上方倒圓半徑的設(shè)計

改變流道上下兩處的倒圓半徑大小DRX，定義為Ⅱ類V型聲屏障，如圖4（b）所示。

DR12、DR15、DR20、DR25代表倒圓半徑的值為12 mm、15 mm、20 mm、25 mm,與進(jìn)行三維仿真計算,獲得不同倒角V型聲屏障的平均受力和減載率，并與直倒角聲屏障進(jìn)行對比（如表3所示）。

表3 Ⅱ類聲屏障的數(shù)值計算結(jié)果

同時改變流道上下倒角的倒圓半徑，聲屏障的平均受力有了顯著的降低，減載率提高了近8%。

因此，可以得出同時改變V型聲屏障流道上下倒角的倒圓半徑，能較好地提高V型聲屏障的減載效果。

[1]鄧躒,施洲,劉兆豐.高速鐵路聲屏障動力特性研究[J].鐵道建筑.2009,11：101-104.

[2]李晏良,李耀增,辜小安等.高速鐵路聲屏障結(jié)構(gòu)氣動力測試方法初探[J].鐵道勞動安全衛(wèi)生與環(huán)保.2009,1(36)：22-26..