【摘要】：聲屏障可以有效地降低交通噪聲和工業(yè)噪聲對(duì)環(huán)境的影響。在將聲屏障用于環(huán)境噪聲控制的實(shí)際過(guò)程中,事先準(zhǔn)確預(yù)測(cè)聲屏障的插入損失可以有效地指導(dǎo)聲屏障的幾何尺寸和安裝位置的選擇以及聲屏障的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程。聲屏障插入損失的常用預(yù)測(cè)方法包括解析法、近似法、邊界元法(BEM),但是上述這三類(lèi)方法僅適合用于聲速和地面阻抗等參數(shù)為常數(shù)的均勻環(huán)境中的插入損失預(yù)測(cè)。在實(shí)際情況下,這些參數(shù)常不穩(wěn)定(即非均勻環(huán)境),例如,順風(fēng)時(shí)聲速隨著高度的增加而增加。忽略聲速、地面阻抗等因素而直接使用上述三類(lèi)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)會(huì)導(dǎo)致一定的誤差。拋物方程方法具有兼容非均勻性的優(yōu)點(diǎn),可以用于更為接近實(shí)際的戶外環(huán)境。Salomons首次提出將有限差分拋物方程(Crank-Nicholson Parabolic Equation:CNPE)用于非均勻環(huán)境中的聲屏障的插入損失預(yù)測(cè),但是Salomons建立的方法在聲屏障與聲源距離較近時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大誤差,并且對(duì)于聲屏障距離接收點(diǎn)較遠(yuǎn)的情況,該方法計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)的數(shù)目巨大,計(jì)算所需時(shí)間長(zhǎng)。這兩個(gè)缺點(diǎn)限制了該方法的應(yīng)用。本文針對(duì)這兩個(gè)缺點(diǎn)開(kāi)展研究,建立完善的用于預(yù)測(cè)聲屏障插入損失的拋物方程方法。本文首先介紹了聲屏障插入損失計(jì)算方法的研究進(jìn)展,以及有/無(wú)聲屏障時(shí)計(jì)算位于阻抗面上方的點(diǎn)源輻射聲場(chǎng)的解析方法。解析方法的結(jié)果可以為檢驗(yàn)拋物方程方法的有效性和準(zhǔn)確性提供參考。然后,介紹了CNPE方法的理論,并通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)CNPE方法在聲源距離聲屏障較近的情況下會(huì)產(chǎn)生較大誤差的原因在于CNPE方法所使用的Gauss初始場(chǎng)僅適用于小仰角(10度以內(nèi))范圍內(nèi)的聲波。為解決Gauss初始場(chǎng)引起的問(wèn)題,本文推導(dǎo)了可以用于較大仰角聲波的更高階數(shù)的Gauss初始場(chǎng)。通過(guò)數(shù)值仿真對(duì)比了不同階數(shù)的初始場(chǎng)在CNPE方法中的效果。結(jié)果表明:4階初始場(chǎng)是最適合CNPE方法的初始場(chǎng),將該初始場(chǎng)與CNPE方法相結(jié)合,可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)當(dāng)聲屏障與聲源距離較近時(shí)的插入損失。最后,針對(duì)CNPE方法在接收點(diǎn)與聲屏障距離很遠(yuǎn)的情況下計(jì)算效率很低的缺點(diǎn),提出了基于格林函數(shù)拋物方程(Green’s function parabolic equation:GFPE)的插入損失計(jì)算方法,并通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了GFPE方法的正確性及其預(yù)測(cè)聲屏障插入損失的可行性。CNPE和GFPE兩種方法所需計(jì)算時(shí)間的對(duì)比表明GFPE方法可以明顯的提高計(jì)算效率,尤其是在頻率較高的情況下,GFPE方法的計(jì)算速度優(yōu)勢(shì)更加明顯。
[Abstract]:Noise barriers can effectively reduce the impact of traffic noise and industrial noise on the environment. In the actual process of applying noise barrier to environmental noise control, accurately predicting the insertion loss of sound barrier in advance can effectively guide the choice of geometric size and installation position of sound barrier and the structural design process of sound barrier. The commonly used prediction methods for acoustic barrier insertion loss include analytical method, approximate method and boundary element method (BEM),). However, these three methods are only suitable for the prediction of insertion loss in uniform environment with constant acoustic velocity and ground impedance. In practice, these parameters are often unstable (I. e., non-uniform environments), for example, the velocity of sound increases with the height of the downwind. Ignoring the factors such as sound velocity and ground impedance and using the above three methods directly will lead to certain errors. The parabolic equation method has the advantage of compatibility with inhomogeneity. It can be used to predict the insertion loss of sound barrier in non-uniform environment by using the finite difference parabolic equation (Crank-Nicholson Parabolic Equation:CNPE) for the first time. However, when the distance between the sound barrier and the sound source is close, the method established by Salomons will produce great error. For the situation that the noise barrier is far away from the receiving point, the number of grid points calculated by the method is huge and the calculation time is long. These two shortcomings limit the application of this method. In this paper, a perfect parabolic equation method is developed to predict the insertion loss of noise barrier. This paper first introduces the research progress of the calculation method for the insertion loss of the acoustic barrier and the analytical method for calculating the radiation sound field of the point source located above the impedance surface when there is a / no barrier. The results of the analytical method can provide a reference for checking the validity and accuracy of the parabolic equation method. Then, the theory of CNPE method is introduced. It is found by analysis that the CNPE method has a large error when the sound source is close to the sound barrier because the Gauss initial field used by the CNPE method is only suitable for acoustic waves in the range of small elevation angle (less than 10 degrees). In order to solve the problem caused by Gauss initial field, the Gauss initial field with higher order can be used for large elevation acoustic waves. The effect of the initial field of different order in CNPE method is compared by numerical simulation. The results show that the initial field of the fourth order is the most suitable for the CNPE method. Combining the initial field with the CNPE method, the insertion loss can be accurately predicted when the sound barrier is close to the sound source. Finally, aiming at the disadvantage of the CNPE method with low computational efficiency when the distance between the receiving point and the noise barrier is very long, a method for calculating the insertion loss based on the Green function parabolic equation (Green's function parabolic equation:GFPE) is proposed. The correctness of the GFPE method and the feasibility of predicting the insertion loss of the noise barrier are verified by numerical simulation. The comparison between the calculation time required by the two methods shows that the GFPE method can obviously improve the computational efficiency. Especially in the case of higher frequency, the speed advantage of the GFPE method is more obvious.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB535

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