高层建筑室外风致气动噪声特性及影响因子研究

The natural wind flow generate turbulence by building block, and cause radiation of aerodynamic noise. This kind of noise problem is increasingly becoming serious in architecture design, especially in the design of high-rise building. Studies and researches in this field are not systemic and scientific in China.In the reseach, CFD (Computational Fluid Dynamics) /CAA (Computational Aerodynamic Acoustics) simulation, and on-site meatsurement and subjective evaluation on representative buildings are considered as the main research techniques, based on existing architectural acoustics theory.The study also includes the establishment of CFD-Aerodynamic noise-System in building environment simulation, and the weight reseach of aerodynamic noise in all kinds of architectural environment noise,etc. Quantified researches on correlate impact factors in aerodynamic noise problem would be studied and summarized accordingly. This project is intended to be an exploration and extension of the existing architectural noise control, and provides reference and necessary data in the research field of high-rise building design and planning for an optimization design against aerodynamic noise pollution.

自然风流动受到建筑物阻挡，产生气流扰动，辐射出气动噪声，此类噪声越来越成为建筑设计，尤其是高层建筑设计中需要考虑的问题。其噪声特性、影响因素等科学问题在建筑声学领域尚未见完善的研究成果。本项目以现有建筑声学理论为基础，以计算流体力学（CFD）及相关计算气动声学（CAA）方法为主要研究手段，辅以现场气动噪声测量评价，对高层建筑室外风致气动噪声特性及影响因子展开研究。通过上述研究过程，确立CFD建筑室外风致气动噪声计算体系，确定高层建筑室外风致气动噪声的激发方式、组成成分及传播形式等特性，确定该噪声类型的关键影响因子并量化其影响规律。本项目是对现有建筑噪声控制领域的扩展性探索研究，旨在为高层建筑的舒适声环境设计提供科学依据，为建筑室外风致气动噪声污染问题的深入研究提供方法借鉴。

自然风场受到建筑物阻碍，激发气流扰动，产生复杂的非定常流场，当风压脉动达到一定剧烈程度和频域范围，将激发出气动噪声，影响建筑室内外环境的听闻质量甚至人身健康。由于自然风场的风速在一定范围内与高度存在正相关关系，所以此类噪声在（超）高层建筑的室外可能形成更强烈的影响，这成为一种新的室外环境噪声污染问题。.本课题针对高层建筑室外风致气动噪声的问题，开展噪声特性及其影响因子的研究。在气动声学理论体系下，利用CFD数值模拟手段，进行了该类噪声的CFD模拟方法研究，噪声激发形式的CFD模拟分析研究，以及噪声影响因子的分析研究。.通过研究获得重要结果如下：.1）建立了适用于该类噪声模拟的CFD工况研究体系；比较CAA、FW-H、宽频分析法等数值求解方法，确定FW-H模型更适用于该类噪声的量化数值求解；.2）该类噪声主要受非定常风场变化形成，主要以湍流形成的偶极子噪声和建筑表面处的气流脉动噪声成分为主；.3）该类噪声的声源功率分布与流场形成的压力脉动分布相似，声源能量的强弱与流场速度成正相关关系；建筑表面近场的噪声也呈现出较大的声功率分布，功率较高的声源出现在平行于风向的建筑侧面表面；.4）现阶段研究表明，该类噪声的频谱分布集中在小于1000HZ的低频域；.5）该类噪声的影响因子主要为风场受扰形成的壁面流速，以及湍流流场中的涡街压力脉动剧烈程度；.6）基于现阶段研究成果，得出建筑迎风面产生涡街的能力为形成风致气动噪声的最重要因素。.本课题在城市噪声及建筑噪声研究领域，首次提出室外风致气动噪声的概念，首次进行了CFD气动声学研究方法运用于建筑尺度，分析高层建筑室外流场及声场的探索性尝试。.本课题研究成果在建筑学一级学科下的建筑噪声研究领域具有较高的学术创新性，对通过CFD方法进行高层建筑噪声的预测及控制研究有积极的参考价值，在基于环境舒适的高层建筑设计及后评价工作中有一定的应用价值。