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(chē)噪聲對(duì)周?chē)挠绊?，并分析了不同?lèi)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(wú)聲屏障降低了66.45%，遠(yuǎn)車(chē)面降低了71.04%。將聲屏障改為頂部?jī)A斜型，測(cè)得在近車(chē)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(lèi)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(lái)了嚴(yán)重的噪音影響。目前通過(guò)對(duì)道路房屋建設(shè)布局、路面降噪研究、低噪聲車(chē)輛研究以及通過(guò)采取綠化設(shè)施等方法來(lái)降低城市噪聲。聲在空氣中沿直線(xiàn)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(lèi)阻礙物稱(chēng)為聲屏障。聲屏障廣泛應(yīng)用于公路鐵路及飛機(jī)場(chǎng)，對(duì)減少周?chē)脑肼曃廴酒鸬街匾淖饔?，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(guān)有直立型和頂部?jī)A斜型、T型等多種，可以節(jié)省大量的空間，和周?chē)h(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(lái)適應(yīng)現(xiàn)代交通的發(fā)展，設(shè)立聲屏障就可以簡(jiǎn)化這種問(wèn)題，可以在解決噪聲問(wèn)題的同時(shí)，充分考慮到周?chē)用竦纳瞽h(huán)境[5]。Xiong等[6]現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量研究了列車(chē)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(xiàn)，并分析了列車(chē)速度、列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)、測(cè)點(diǎn)位置及列車(chē)長(zhǎng)和環(huán)境風(fēng)速對(duì)Δp 的影響。王國(guó)華[7]應(yīng)用Fluent流體力學(xué)仿真分析軟件，對(duì)車(chē)輛擾動(dòng)下的城市軌道高架橋聲屏障表面風(fēng)載荷及車(chē)輛駛過(guò)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(chē)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(guò)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(lái)流側(cè)聲屏障的凈風(fēng)壓系數(shù)。Lü等[9]從列車(chē)組速度、列車(chē)與聲屏障距離、動(dòng)車(chē)組類(lèi)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(chē)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(guò)對(duì)高速列車(chē)行駛過(guò)程中高噪聲障礙物動(dòng)態(tài)響應(yīng)的了解及現(xiàn)場(chǎng)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(chē)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(chǎng)做瞬態(tài)計(jì)算，通過(guò)改變列車(chē)運(yùn)行速度，分析列車(chē)車(chē)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(jiàn)圖1和圖2）：一部分越過(guò)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

參考文獻(xiàn)：

[1] ? ?劉福軍，尚正強(qiáng). 高速公路降噪聲屏障應(yīng)用分析[J]. 北方交通，2017（6）：101-104

[2] ? ?費(fèi)廣海，吳小萍，廖晨彥. 聲屏障高度對(duì)高鐵（客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)）降噪效果的影響[J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2015，35（8）：2539-2545.

[3] ? ?劉功玉. 風(fēng)荷載作用下聲屏障結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性研究[D]. 南昌：華東交通大學(xué)，2018.

[4] ? ?張國(guó)安. 高速鐵路聲屏障設(shè)計(jì)與聲學(xué)性能分析[D]. 濟(jì)南：山東大學(xué)，2017.

[5] ? ?李建平，何金龍. 北京市軌道交通房山線(xiàn)聲屏障設(shè)計(jì)的聲學(xué)模擬[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2011（1）：104-106.

[6] ? ?XIONG X H， LI A H， LIANG X F，et al. Field study on high-speed train induced fluctuating pressure on a bridge noise barrier[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics ，2018 ，177：157-166

[7] ? ?王國(guó)華. 城市軌道高架橋聲屏障氣動(dòng)力數(shù)值模擬與流場(chǎng)分析[J]. 低碳世界，2017（15）：211-212.

[8] ? ?程浩，史青宇，袁哲峰，李志豪. 高架橋聲屏障體型系數(shù)的數(shù)值模擬研究[J]. 建材世界，2016，37（3）：68-70.

[9] ? ?L? M， LI Q， NING Z， JI Z. Study on the aerodynamic load characteristic of noise reduction barrier on high-speed railway[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2018，176：254-262.

[10] ?TOKUNAGA M， ?SOGABE M， ?SANTO T， et al. Dynamic response evaluation of tall noise barrier on high speed railway structures[J]. Journal of Sound and Vibration，2016，366：293-308

[11] ?肖友剛，鄧微，申肖雪，等. 基于局域聲子理論的鋁合金型材低頻降噪研究[J]. 鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2018，38（2）：1-5.

[12] ?劉曉日，羅江澤，趙哲，等. 車(chē)頭長(zhǎng)度對(duì)高速列車(chē)氣動(dòng)特性與聲場(chǎng)特性影響的數(shù)值分析及降噪研究[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué)，2018，39（5）：88-96.

[責(zé)任編輯 ? ?田 ? ?豐]