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路基工程 Subgrade Engineering
2013年第4期（总第169期）
高速铁路声屏障在列车风致脉动力与
自然风荷载下的数值模拟
王宏朝，谢金法
（河南科技大学车辆与动力工程学院，河南洛阳471003）
摘要：基于三维、定常、不可压缩、粘性流体的RANS方程和K-ε两方程模型，运用计算流
体力学软件Fluent，对在列车风致脉动力与自热风荷载联合作用下的高速铁路声屏障进行数值模拟，分析在不同的风向角及风速下，自然风荷载对声屏障所受列车风致脉动力的影响。结果表明：自然风荷载对声屏障所受的脉动峰压影响较大，在对声屏障进行结构静力学设计时必须考虑自然风荷裁的影响。
关键词：Fluent；声屏障；数值模拟；自然风荷载；列车风致脉动力
中图分类号：U271.91
0引言
文献标志码：A
步入21世纪以来，我国高速铁路的建设突飞猛进，而多数高速铁路经过居民区，为降低列车的噪声污染，需在铁路与居民区之间安置声屏障。高速列车在通过声屏障的瞬间会形成瞬态脉动压力冲击，国内外已发生多起声屏障由此而遭破坏的案例。声屏障所受到的工况为列车风致脉动力和自然风荷载等载荷的综合作用，特别在沿海的台风地区，自然风荷载更为显著[1,2]，这就使得在对声屏障进行结构设计时必须考虑其抗风压性能。
目前，国内在对列车风致脉动力的数值模拟方面已经取得一定的进展[3]，而对在自然风荷载作用下的声屏障的研究资料相对较少，基本处于理论计算阶段，对于数值模拟的研究更是尚未展开。本文利用计算流体力学软件Fluent，通过将自然风场引人计算域，对在列车风致脉动力与自然风荷载联合作用下的高速铁路声屏障进行数值模拟，分析在不同的风向角及风速下，自然风荷载对声屏障所受列
车风致脉动力的影响。 1仿真模型的建立 1.1数学模型
收稿日期：2012-10-23
基金项目：河南省自然科学基金（082300440100）
作者简介：王宏朝（1987-），男，河南安阳人。硕士研究生
主要从事空气动力学研究。E-mail：whcjordan123@ 163.com。
文章编号：10038825(2013)04003405
因高速列车行驶车速一般低于350km/h，对应马赫数M，小于0.3，故列车运行时的外流场一般采用不可压缩定常流动处理，又因雷诺数R。大于10°，故为瑞流。通过综合比较，本文采用kε两方程模型，该空气流场的数学模型可用以下控制方程表示]。
连续性方程
dinr(pu) = 0 动量守恒方程
(1)
(em) +die(pui) = din(μgradu) -+S.
at
dr
(2)
α(e) + di(pui) = dic(μgrads) - +s,
Sy
at
(3)
a(pm)+di(opui) = dic(μgrado) -+S (4)
at
瑞动能方程
2
a(px) + din(pix) -gradk) = G-pe
(5)
瑞动能耗散率方程 a(pe）+din(pik-与
grade）(C,G-Cape)
a
,
+
(6)
式中p为空气密度；为速度矢量；P为大气压力； u，"，w为x，y，z方向上的速度分量；S为广义源项；k为瑞动能；ε为渊动能耗散率；C为消动能生成项；u为空气粘性系数；O.，S。分别是与瑞动能和