一种计算声屏障防水/尘孔径的方法
阅读说明：本技术 一种计算声屏障防水/尘孔径的方法 (Method for calculating waterproof/dust aperture of sound barrier ) 是由 许树东 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明一种计算声屏障防水/尘孔径的方法,属于声屏障技术领域,本发明克服了现有技术存在的不足,提供了一种计算声屏障防水/尘孔径的方法,从根本上解决了声屏障防水、防尘的问题,本发明通过理论计算,在孔径大于0.1mm即可保证雨滴即使在暴雨时也无法通过圆孔,较大孔径只能够在小雨和风速较低的情况下保证雨滴无法破碎铺展,相反0.5mm以上的孔径会增大雨滴直接通过小孔的概率,综上所述加工0.3mm的孔即可,从根本上解决了声屏障防水、防尘的问题；本发明可广泛应用于声屏障领域。(The invention relates to a method for calculating the waterproof/dust aperture of a sound barrier, which belongs to the technical field of sound barriers, overcomes the defects in the prior art, provides a method for calculating the waterproof/dust aperture of the sound barrier, and fundamentally solves the waterproof and dust-proof problems of the sound barrier, through theoretical calculation, raindrops can be ensured to not pass through a round hole even in heavy rain when the aperture is larger than 0.1mm, the raindrops can be ensured to be not broken and spread only in light rain and at low wind speed when the aperture is larger than 0.5mm, on the contrary, the probability that the raindrops directly pass through the small hole can be increased when the aperture is larger than 0.5mm, and in conclusion, the waterproof and dust-proof problems of the sound barrier can be fundamentally solved by processing the 0.3mm hole; the invention can be widely applied to the field of sound barriers.)
技术领域
本发明一种计算声屏障防水/尘孔径的方法，属于声屏障技术领域。
背景技术
目前，声屏障的结构多样，但在提高屏蔽声音的同时，始终无法解决声屏障防水、防尘的问题，如何从根本上解决这一技术问题，一直是本领域技术人员研究的重点。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种计算声屏障防水/尘孔径的方法，从根本上解决了声屏障防水、防尘的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种计算声屏障防水/尘孔径的方法，在环境温度为25℃时，水的表面张力为7.2×10-2N·m-1，不同的风力等级会使雨滴产生不同的水平撞击速度，不同的降雨等级产生质量不一的雨滴，两者共同影响雨滴撞击到孔口时的动量，设雨滴从撞击到孔口至速度降为零铺展到声屏障板面的时间约为0.01s，则雨滴对孔口撞击过程中能否突破表面张力约束的冲击力大小计算公式如下：
I＝mv＝Ft
由上式得冲击力F为：
由于表面张力使雨滴以球形存在，溅落到板上受到重力作用会在孔口处产生压力，该压力计算公式为：
p＝ρgh
小雨
中雨
大雨
暴雨
p(Pa)
4.9
10.41
20.82
28.18
式中ρ为雨水密度，g为重力加速度，h为液滴底部到孔口高度。
当雨滴可以突破表面张力约束，在溅落到孔口的速度以及上述压力的作用下，向孔内流动，并最终在圆管沿程阻力下停止流动。
当雨滴溅落到孔口处，从突破表面张力约束向孔内流动，到停止流动，设定铺展到声屏障板面时间为0.01s，在此0.01s内雨水在孔内流动遵循小孔流量公式，如下：
式中：
μ为流量系数，由孔口形状决定；
A为孔口截面积；
Δp为孔两端的压差，此时为雨滴内外压差；
ρ为雨水的密度。
此流量为雨滴在0.01s内流入孔内的流量，0.01s后雨水的速度为零不再流动，以此流量与流动时间t＝0.01相乘得到雨水流入孔内的体积V，再用体积V除以孔的截面积A即为雨水通过孔的距离长度l，公式表达如下：
λ为沿程阻力系数，大小取0.1；
从而得到雨滴突破表面张力约束后，可通过圆孔的距离仅与雨滴内外压差有关；
将风速、降雨量，代入上述公式，分别得到：
风速雨量冲击力总表，如下表：
渗透情况总表，如下表：
小雨
中雨
大雨
暴雨
l(mm)
0.0614
0.0624
0.0895
0.1041
由以上计算可得：
孔长大于0.1mm即可保证雨滴即使在暴雨时也无法通过圆孔，较大孔径只能够在小雨和风速较低的情况下保证雨滴无法破碎铺展，相反0.5mm以上的孔径会增大雨滴直接通过小孔的概率，因此，在声屏障孔径为0.1mm～0.5mm时，能实现防水/尘。
优选地，采用0.3mm的孔径实现声屏障防水/尘。
本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明通过理论计算，在孔径大于0.1mm即可保证雨滴即使在暴雨时也无法通过圆孔，较大孔径只能够在小雨和风速较低的情况下保证雨滴无法破碎铺展，相反0.5mm以上的孔径会增大雨滴直接通过小孔的概率，综上所述加工0.3mm的孔即可，从根本上解决了声屏障防水、防尘的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种计算声屏障防水/尘孔径的方法，当雨滴从高空坠落时，同时受到重力与风力的作用，会使雨滴与竖直垂线形成一定的夹角θ下落，直至溅落到声屏障板上。
在雨滴溅落到声屏障板上时，对声屏障板上小孔产生的冲击作用只有风力产生的分量，若雨滴溅落到声屏障板上小孔时的瞬间压力大于雨滴在孔口处的表面张力，则雨滴会破裂铺展在孔口处，进而产生渗流从孔口流入。
环境温度在25℃时，水的表面张力为7.2×10-2N·m-1，不同的风力等级会使雨滴产生不同的水平撞击速度，不同的降雨等级产生质量不一的雨滴，两者共同影响雨滴撞击到孔口时的动量，设雨滴从撞击到孔口至速度降为零铺展到声屏障板面的时间约为0.01s，则雨滴对孔口撞击过程中能否突破表面张力约束的冲击力大小计算公式如下：
I＝mv＝Ft
由上式得冲击力F为：
不同孔径产生不同的表面张力如下表所示，过大的孔径会导致雨滴直接穿过板孔，过小的孔径则会带来较高的加工难度，故下表只列举了几个具有代表性的孔径大小。
由于表面张力使雨滴以球形存在，溅落到板上受到重力作用会在孔口处产生压力，该压力计算公式为：
p＝ρgh
小雨
中雨
大雨
暴雨
p(Pa)
4.9
10.41
20.82
28.18
式中ρ为雨水密度，g为重力加速度，h为液滴底部到孔口高度。
当雨滴可以突破表面张力约束，在溅落到孔口的速度以及上述压力的作用下，向孔内流动，并最终在圆管沿程阻力下停止流动。
当雨滴溅落到孔口处，从突破表面张力约束向孔内流动，到停止流动，设定铺展到声屏障板面时间为0.01s，在此0.01s内雨水在孔内流动遵循小孔流量公式，如下：
式中：
μ为流量系数，由孔口形状决定；
A为孔口截面积；
Δp为孔两端的压差，此时为雨滴内外压差；
ρ为雨水的密度。
此流量为雨滴在0.01s内流入孔内的流量，0.01s后雨水的速度为零不再流动，以此流量与流动时间t＝0.01相乘得到雨水流入孔内的体积V，再用体积V除以孔的截面积A即为雨水通过孔的距离长度l，公式表达如下：
λ为沿程阻力系数，大小取0.1；
由此式可知雨滴突破表面张力约束后，可通过圆孔的距离仅与雨滴内外压差有关。由国家标准可得风力等级如下表所示：
雨滴质量与其自身大小相关，其大小与降雨等级相关，划分如下表：
风速雨量冲击力总表
渗透情况总结
小雨
中雨
大雨
暴雨
l(mm)
0.0614
0.0624
0.0895
0.1041
由以上计算可得孔长大于0.1mm即可保证雨滴即使在暴雨时也无法通过圆孔，较大孔径只能够在小雨和风速较低的情况下保证雨滴无法破碎铺展，相反0.5mm以上的孔径会增大雨滴直接通过小孔的概率，综上所述加工0.3mm的孔即可。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。