横风作用下高铁全封闭矩形声屏障气动性能

我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风侵袭。为给高铁桥上全封闭矩形式声屏障结构的抗风设计提供理论依据,参照缩尺比为1∶16.8的列车-声屏障动模型试验装置,建立相同比例的横风-列车-桥梁-声屏障三维精细化CFD数值仿真模型;采用大涡模拟(LES)方法分析横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的气动压力以及流场结构;基于本征正交分解(POD)理论,采用Matlab软件分别对横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的绕流流场进行分解,探讨各阶模态对其湍动能的贡献。研究结果表明:1)全封闭矩形式声屏障绕流流场的湍流强度在纵向分布上呈两端小、中间大的规律,内部流场湍流强度高于相应的声屏障外侧,该差异在声屏障中间区段表现最为显著。2)在声屏障进、出口顶部开孔将导致全封闭矩形式声屏障内侧的负压值降低82%,湍流强度升高114%。3)相对于全封闭矩形式声屏障,进、出口开孔式声屏障出现端部绕流现象的纵向区域更长,且相应的湍流模态组成极为复杂,全封闭矩形式声屏障在进、出口顶部开孔将导致横风风致振动加剧。