高速铁路声屏障气动载荷数值模拟研究.docx

高速铁路声屏障气动载荷数值模拟研究
摘要
高速铁路声屏障是一种基于减少列车运行噪声的噪声控制设施。本文通过CFD数值模拟方法，对高速铁路声屏障在风荷载作用下的气动性能进行了研究。研究结论表明，在不同的风速和风向下，声屏障面前压强分布均比较均匀，分布呈现规律性。声屏障前面的气流经过声屏障后，在声屏障下方形成缓慢的旋转流，并在声屏障两侧的流场中形成有旋转的涡流。因此，在声屏障的设计和安装过程中，需要考虑周围环境的影响，采取合适的措施进行综合考虑。
关键词：高速铁路；声屏障；气动载荷；数值模拟
引言
当前，城市化进程加快，交通状况也变得越来越复杂。高速铁路作为城际交通的主要运输方式，其发展已经得到了长足的进展。但与此同时，铁路运营噪声也成为了一个令人担忧的问题。为了保证列车运行所带来的噪声对周围居民的影响不会过于严重，声屏障逐渐成为减少噪声的有效措施之一。
声屏障的主要作用是阻挡列车运行产生的噪声，并保持城市与铁路之间的环境交流。声屏障的设计及其布置对声阻挡效果、风压分布和气动加载等方面产生很大的影响。因此，对声屏障进行数值模拟，了解其气动载荷分布规律，对其设计和安装具有重要的提升意义。
研究方法
本文利用CFD数值模拟方法，对高速铁路声屏障在风荷载作用下的气动加载进行了研究。首先，建立了数值模型，并通过实验测定得到了不同风速、风向和声屏障高度下的风压分布。
接着，将得到的实验数据进行处理，并将数据输入到Fluent软件中进行数值模拟。在模拟过程中，采用了标准的RNGk-ε湍流模型，并结合了压力-速度耦合方程，对高速铁路声屏障的气动性能进行了模拟和分析。
结果与分析
通过数值模拟，我们得到了不同风速、风向和声屏障高度下的风压分布图。根据分析结果，风力将声屏障分为上下两部分，风力对上部分声屏障的打压会导致局部风压的增加，而下部分声屏障下方的缓慢旋转的气流，则会增加下部分的气动载荷。此外，模拟结果还表明，在声屏障后的流场中，存在着强烈的涡流区域，其在两侧的涡流向下叠加会产生一定的气动载荷。
总结与展望
通过本文的研究结果可以看出，在声屏障的设计和安装过程中需要进行综合考虑周围环境的影响和特点，并采取合适的措施来优化声屏障的性能。因此，今后在声屏障的设计和安装方面，需要更深入的研究和探索，并结合实际情况进行优化和改善。
参考文献
[1]刘超.高速铁路声屏障气动性能研究[D].北京邮电大学,2017.
[2]宋静.火车声屏障结构参数对声阻挡效果影响的研究[J].国土资源科技管理,2018,34(5):18-21.
[3]施广植,刘洋,王红.基于数值模拟的高速列车行驶噪声预测研究[J].铁道科学与工程学报,2019,16(7):1455-1460.