V型减载式声屏障的气动载荷性能设计

李锋 许洁

1中国空空导弹研究院（471009）2天津大学（300072）

V型减载式声屏障的气动载荷性能设计

李锋1许洁2

1中国空空导弹研究院（471009）2天津大学（300072）

为了提高V型减载式声屏障的减载性能，运用三维仿真软件fluent对V字形的倒角进行优化设计，并且找出V型声屏障的减载特性与流道宽度、V形倒角之间的关系，为新型声屏障的进一步设计提供了依据。

V型减载式声屏障；优化设计；fluent仿真；减载率

0 引言

随着我国高速铁路列车运行速度的不断提高，普通声屏障的安全性、降噪性等已经无法满足要求[1]。高速列车行使时产生的脉动气压力会对声屏障产生很大的气动载荷[2]，损坏声屏障的结构并产生安全隐患，阻碍了降噪水平的进一步提高。因此要求声屏障不仅具有良好的吸声降噪性能，还要具有良好的减载特性[3]。V型减载式声屏障是为适应高速铁路的飞速发展而设计的一种新型声屏障，在传统声屏障基础上开设V字形流道、填充和涂敷吸声材料而形成，能有效降低声屏障所受气动力，可以通过增加声屏障高度等方法增加降噪效果[4]，较好地兼顾了降噪性和气动载荷特性。

1 V型减载式声屏障模型

图1为V型减载式声屏障横置剖视图，吸声片厚度80 mm，宽度175 mm，两吸声片的间距为55 mm，流道下倒角为直角，上倒角为半径12 mm的圆弧。

图1 V型声屏障

仿真模型的建立与验证

按照风洞试验室中实物模型的安装状态，建立表面积均为1 m2的普通声屏障和V型减载式声屏障的三维模型。

在北京交通大学风洞试验室里对普通声屏障和V型声屏障分别进行受力试验（如图3所示），试验段尺寸为：3.0 m×2.0 m×15.0 m。

Er为风洞试验中声屏障的平均受力F与声屏障的平均受力f之间的相对误差：

图2 三维仿真模型

图3 声屏障试验布置

通过试验得到1 m2声屏障的平均受力试验值与仿真计算获得值的对比如表1所示。

表1 试验和数值计算值比较

2 V型声屏障的倒角设计

只改变V型声屏障的倒角对声屏障的整体结构、可行性、降噪性等性能的影响最小。为了提高声屏障的减载特性，对V型声屏障的倒角进行优化设计具有十分重要的意义。

定义V型声屏障的减载率为：

2.1 上方倒圆半径的设计

将只改变流道上方倒圆Rx半径大小的改进方案定义为Ⅰ类V型声屏障，如图4（a）所示。

图4 V型声屏障

分别设Rx为12 mm、15 mm、20 mm、25 mm，记为R12、R15、R20、R25，设直倒角声屏障为CHA，分别建立声屏障的三维模型进行数值计算，得到平均受力和减载率的仿真结果（如表2所示）。

表2 Ⅰ类声屏障的数值计算结果

由表2可知，改变流道上方倒圆半径的大小，声屏障的平均受力降低很少，减载率只提高1.44%。因此只改变流道上方倒圆半径的大小，不能有效提高V型声屏障的减载率。

2.2 上方倒圆半径的设计

改变流道上下两处的倒圆半径大小DRX，定义为Ⅱ类V型声屏障，如图4（b）所示。

DR12、DR15、DR20、DR25代表倒圆半径的值为12 mm、15 mm、20 mm、25 mm,与进行三维仿真计算,获得不同倒角V型声屏障的平均受力和减载率，并与直倒角声屏障进行对比（如表3所示）。

表3 Ⅱ类声屏障的数值计算结果

同时改变流道上下倒角的倒圆半径，声屏障的平均受力有了显著的降低，减载率提高了近8%。

因此，可以得出同时改变V型声屏障流道上下倒角的倒圆半径，能较好地提高V型声屏障的减载效果。

[1]邓跞,施洲,刘兆丰.高速铁路声屏障动力特性研究[J].铁道建筑.2009,11：101-104.

[2]李晏良,李耀增,辜小安等.高速铁路声屏障结构气动力测试方法初探[J].铁道劳动安全卫生与环保.2009,1(36)：22-26..