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高速铁路声屏障空气动压力数值模拟与分析

摘要

高速铁路是现代交通建设中至关重要的组成部分，但是由于列车的

高速运行所产生的噪音给周边生活环境带来了不可避免的污染问题。因

此，在高速铁路旁建造声屏障以减少噪音，改善周边环境也变得越来越

重要。本文基于计算流体力学(CFD)理论，采用数值模拟的方法对高速铁

路声屏障的在不同风速下的空气动压力进行数值模拟分析，并对模拟结

果进行分析和归纳总结。

关键词：高速铁路；声屏障；空气动压力；数值模拟；计算流体力

学

引言

随着城市化进程的快速发展，越来越多的高速铁路线路进入城市，

显著改变了人们的出行方式，同时也给市区带来了高噪声的问题。由于

高速列车行驶速度较快，列车所产生的噪音也相应较高，达到或者超过

了国家环境音量标准，这种高噪声的存在对周边居民的身心健康及生活

环境造成了很大的影响。因此，建设高速铁路声屏障，成为一个亟待解

决的问题。

声屏障除了可以减少噪音外，还能够改善周边景观，增强城市的美

观度，促进城市形象的提升。而声屏障的设置位置、形状和高度等因素

对其减声效果和工程投资有较大影响，需要进行科学合理的设计。为此，

本文基于计算流体力学(CFD)理论，采用数值模拟的方法对高速铁路声屏

障的在不同风速下的空气动压力进行数值模拟分析，并对模拟结果进

分析和归纳总结。

方法

数值模拟方法是通过计算机对复杂流动现象进行模拟和计算，以预

测其性质和变化规律的一种方法。在此研究中，我们采用了计算流体力

学(CFD)理论，这是一种解决具有复杂流动问题的数值模拟方法，适用于

多种流体和流动情况。

模型建立：我们建立了一个高速铁路声屏障的三维模型，基于不同

的铁路线和周边环境，针对不同的地段采用不同的模型尺寸进行设置。

建立完三维模型后，我们做了模型的网格划分，根据不同的行驶速度和

周边环境，设置不同的边界条件和风速。为了保证结果的准确性，我们

同时引入物理模型相应指标，如运动粘度、气体密度、雷诺数等。

数值模拟分析：我们在ANSYSFluent计算平台上建立数值模型，对

数值模型进行仿真，运用一系列涡流模型、湍流模型和离散相模型，采

用Fluent较为普遍的标准壁函数，通过数值计算的方式来获得不同风速

下声屏障受到的空气动压力。

结果与分析

通过数值模拟分析，我们得到了高速铁路声屏障在不同风速下的空

气动压力分布图。并且对不同风速下的噪声模拟情况进行了分析和总结。

根据数值模拟所得结果，我们可以确定不同的声屏障高度和形状，以实

现在不同的环境和不同的地段下减少噪音的目的。

结论

本文研究表明，采用计算流体力学(CFD)理论建立数值模型，通过数

值仿真的方式对高速铁路声屏障受到的空气动压力分布进行分析，可以

为设计声屏障提供参考，对于改善周边居民生活环境有很大的作用。未

来，声屏障的设计需要进一步考虑环保性，尽可能的选用无毒无害的材

料，以及声屏障的美观性，将环保和美观性两者相结合，达到声屏障最

佳的效果。