唐佳麗

中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機制造有限責(zé)任公司 上海 201308

通過介紹風(fēng)洞試驗廠房噪聲的來源，總結(jié)風(fēng)洞試驗廠房工藝設(shè)計原則，并以某風(fēng)洞廠房可行性設(shè)計為例，研究分析該廠房的平面布置和降噪減排設(shè)計措施，為我國同類工業(yè)廠房設(shè)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(fēng)洞設(shè)備在試驗運行時，將產(chǎn)生噪聲。根據(jù)空氣動力學(xué)原理，風(fēng)洞試驗運轉(zhuǎn)時，高壓氣流將經(jīng)過啟動閥、節(jié)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(guī)則的劇烈振蕩，此時會產(chǎn)生強噪聲；當(dāng)氣流遇到變徑管道，氣流的流速與壓力發(fā)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(tǒng)計，風(fēng)洞試驗這種來源于高速氣流沿管道內(nèi)壁流動、邊界層內(nèi)氣流黏性摩擦、速度變化會產(chǎn)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(fēng)洞試驗相關(guān)設(shè)備是一套多學(xué)科龐大復(fù)雜的試驗系統(tǒng)，需要配套冷卻水、供氣和供配電等多系統(tǒng)共同使用運行試驗，因此，風(fēng)洞試驗還將產(chǎn)生電機運轉(zhuǎn)以及機件的撞擊摩擦等機械性噪聲[2]。

2 工藝設(shè)計原則

風(fēng)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(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、消防、環(huán)保、衛(wèi)生和勞動安全等各專業(yè)國家有關(guān)標(biāo)準規(guī)范、法律法規(guī)，還需要考慮下列工藝設(shè)計原則。①采用“集中型”布置原則。將風(fēng)洞試驗平臺與其附屬配套的冷卻水系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等盡量布置不同的房間內(nèi)，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(tǒng)籌共用同一套附屬配套系統(tǒng)，通過閥門及開關(guān)設(shè)備進行運行工位的切換，同時，控制系統(tǒng)進行連鎖保護，可以減少管線敷設(shè)長度、提高供氣供電供水可靠性，節(jié)約建設(shè)成本。②從聲源角度控制噪聲原則。優(yōu)先選擇已經(jīng)過降噪隔聲設(shè)計的風(fēng)洞試驗平臺和高壓水泵等機電設(shè)備，減少機械性噪聲；在廠房設(shè)計中，將風(fēng)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(shè)置鋼筋混凝土墻，工作人員在輔助房間對風(fēng)洞試驗進行控制，最大限度地保障人員職業(yè)健康和安全。③從傳播途徑角度控制噪聲。由空氣動力學(xué)原理來看，風(fēng)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(shè)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(shè)置噪聲排出路徑。由于一般最強的噪聲產(chǎn)生于排氣口，大量氣流突然出口，與靜止的大氣分子將發(fā)生劇烈碰撞。在與大氣連接的最終排氣口設(shè)置合適風(fēng)洞試驗類型的消音器，再將達到當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)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(fēng)洞試驗平臺及配套高壓水泵等機械性噪聲源設(shè)備應(yīng)設(shè)有隔音降噪措施，設(shè)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(shè)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(shè)計案例

3.1 總平面布置

將電弧風(fēng)洞主廠房、整流站、設(shè)備間、消聲通道、水電氣輔助用房及配套功能用房等相關(guān)設(shè)備和設(shè)施整合到一個廠房內(nèi)，以減少廠房占地面積，便于集中采取環(huán)保治理措施和通排風(fēng)措施；廠房東側(cè)設(shè)有為冷卻水系統(tǒng)提供水源的全地下封閉構(gòu)筑物，通過工藝套管與主廠房地下設(shè)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(fēng)洞試驗間組成，地下為設(shè)備間，布置給地上3個電弧風(fēng)洞試驗平臺共用1套的水電氣配套設(shè)施及管路；主廠房西側(cè)布置整流站，與現(xiàn)有整流站并聯(lián)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(shè)計措施

降噪減排設(shè)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(nèi)），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(nèi)下）；②三類電弧風(fēng)洞試驗均在各自設(shè)置的隔聲量不低于40dB密封隔聲艙中進行，各艙內(nèi)設(shè)有排氣口，通向廠房北側(cè)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(nèi)均需安裝消聲材料；③試驗高溫產(chǎn)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(fēng)洞試驗間墻面及頂層設(shè)置及聲材料，用于吸收試驗間內(nèi)的聲能，避免噪聲在房間內(nèi)多次反射，每個試驗間設(shè)置隔聲量不低于40dB的雙層隔聲門，用于試驗室人員和設(shè)備的進出，同時設(shè)備運行時能夠隔離設(shè)備噪聲；⑤地下設(shè)備間東南角高低壓水泵安裝時設(shè)置減振基礎(chǔ)；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(yù)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(huán)境保護與勞動安全衛(wèi)生評價

該電弧風(fēng)洞試驗廠房可行性設(shè)計遵循了國家現(xiàn)行的法律、法規(guī)和規(guī)章及標(biāo)準規(guī)范，在工藝、建筑和結(jié)構(gòu)專業(yè)采用了降噪減排措施，平面布置合理，環(huán)境保護、職業(yè)安全和職業(yè)衛(wèi)生評價經(jīng)第三方機構(gòu)評價結(jié)論均為可行。

4 結(jié)語

綜上，風(fēng)洞是空氣動力學(xué)研究和試驗中最廣泛使用的設(shè)施，可為航空、航天、汽車及大氣環(huán)境評價等應(yīng)用領(lǐng)域提供服務(wù)。目前，國內(nèi)外均已有較為成熟的風(fēng)洞試驗設(shè)備，未來還有日益發(fā)展的趨勢，因此，在設(shè)計該類工業(yè)廠房時，一定要采取科學(xué)合理的設(shè)計措施控制風(fēng)洞試驗時產(chǎn)生的噪聲。本文是針對風(fēng)洞試驗工業(yè)廠房開展的工藝設(shè)計措施的分析研究，期望為我國同類工業(yè)廠房設(shè)計提供參考。