一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法

摘要

本发明公开了一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，首先利用混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，再利用混响法测量得到充水管道只产生射流噪声，从而得到水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声。本发明计算方法简单，效率高。将在同一非消声水池利用混响法测量得到的充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，减去混响法测量的充水管道只产生的射流噪声，从而得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声。

说明书

技术领域

本发明属于声学测量领域，尤其涉及一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的 方法。

背景技术

水下充水管道的辐射噪声由两部分组成：一是充水管道内的水在流动时，遇到管道结构 形状的改变(如弯头、管道截面积变化时)，因为水流与管道结构形状的相互作用而产生辐射 噪声；若管壁的绝对粗糙度过大，当水快速流过时，也会激励管壁，产生辐射噪声；当作为 射流源的水泵也会因为自身的巨大振动传递至水下的充水管道，从而产生辐射噪声；这类噪 声都是因管壁振动而产生的，称为管壁辐射噪声；二是由于充水管道中的水从管内喷出时， 因与静止的水之间急剧掺混，两者相互作用，产生辐射噪声，这类噪声是因水下射流而产生 的，称为射流噪声；因此，在利用混响法开展充水管道辐射噪声测试时，由水听器采集的声 信号中，这两种噪声是混合叠加在一起的，这为评价充水管道的管壁辐射噪声带来了困难。

专利CN101368845A涉及排水噪声检测室及其检测方法，能够对多种管件和管材的噪声进 行测试对比，为开发低噪声排水管材管件提供了测试平台。该专利针对是的空气中的排水管 道在排水时的噪声检测，只涉及了由于水流激励管壁产生的在空气中传播的噪声，没有涉及 到水流出管口时，因水流跟空气掺混而产生的射流噪声。

专利CN104132727A提出的是一种高层/超高层建筑排水管道噪声测试系统及测试方法， 为各管材在实际高层建筑排水的噪声性能提供可靠的参考测试数据。该专利涉及排水管内有 水流流动时，激励管壁形成的在空气中传播的噪声，由于测试系统是一个循环的管道系统， 不涉及水流从管口流出时产生的射流噪声。

在空气中进行的排水管道辐射噪声测试，不必考虑空气介质与管道的相互作用，即管道 与空气介质的耦合，但在水下则必须考虑管道与水介质的相互作用，例如钢管的特性阻抗比 水的特性阻抗仅大30倍，聚氯乙烯塑料硬质管的特性阻抗比水的特性阻抗仅大5倍，由于空 气和水介质的声学特性阻抗相差近3500倍，因此，空气中的排水管道测试系统和测试方法并 不适合应用于水下的充水管道辐射噪声的评价。

发明内容

本发明的目的是提供一种计算方法简单的，计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声 的方法。

一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，利用混响法测量得到充水管道 由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，减去利用混响法测量得到充水管道只产生射流噪声， 从而得到水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声。

本发明一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，还可以包括：

1、利用混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的具体过程为：

步骤S10：记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱，值记为dB10；

步骤S20：充水管道浸没于非消声水池，管口对准非消声水池的池底，由混响法测量得 到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的声压功率谱，值记为dB20；

步骤S30：保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池的充水管道位 置处，由混响法得到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB30，以及非消声水池 的混响时间，值记为T0；

步骤S40：利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱，结合S30中的声压功率谱dB30 和混响时间T0，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S20中的声压功 率谱进行修正，得到充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声的自由场等效声压级dB1 及辐射声功率dBW1。

2、利用混响法测量得到充水管道只产生射流噪声的具体过程为：

步骤S11：记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱，值记为dB11；

步骤S21：将充水管道放置在非消声水池的水面，在管身安装减振箱、管口安装管口夹 具和障板后，充水管道的管口和障板的上表面刚刚浸没于水面，由混响法测量得到此时充水 管道只产生射流噪声的声压功率谱，值记为dB21；

步骤S31：保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池中，由混响法 得到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB31，以及非消声水池的混响时间，值 记为T1；

步骤S41：利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱数据，结合S31中的声压功率谱数 据dB31和混响时间数据T1，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S21 中的声压功率谱数据进行修正，得到充水管道因射流而产生的噪声的自由场等效声压级dB2 及辐射声功率dBW2。

3、水管道由管壁振动产生的辐射噪声的自由场等效声压级dB3和辐射声功率dBW3,其值 分别为dB2-dB1和dBW2-dBW1。

有益效果：

本发明的一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法的有益之处是利用水下 充水管道由管壁振动产生辐射噪声的机理与充水管道因射流而产生辐射噪声的机理不同而开 展的：水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声是管道内部水流受到阻碍激励管壁或水泵振 动传递到管壁等振动而产生的；充水管道因射流而产生的辐射噪声是管道内喷出的水流急剧 掺混静水而产生的，属于湍流噪声；因此，充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和充水管道 因射流而产生的辐射噪声是两种相互独立的辐射噪声，两种辐射噪声是不相干的，这使得水 下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和充水管道的射流噪声是可以相加的；

本发明采用将充水管道的管口放置在水面进行充水管道只产生射流噪声的测量，因为水 面是绝对软的声学边界，使得管口的辐射阻抗变小，减弱了管口与水之间的耦合，进一步降 低了管口的声辐射能力，由于射流噪声产生最大的位置是距离管口轴心线上7-8倍的管直径 处，因此将管口放置在水面附近不对射流噪声造成损失；利用减振箱、管口夹具和障板抑制 了管壁的振动和管口涡流，从而得到充水管道只产生的射流噪声；

本发明通过在同一个非消声水池利用混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪 声和射流噪声，减去混响法测量的当对充水管道的管壁进行减振和抑制管口涡流后只产生的 射流噪声，从而得到水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声。

附图说明

图1为混响法测量充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声时，充水管道在非消 声水池的放置示意图；

图2为混响法测量充水管道只产生射流噪声时，充水管道在非消声水池的放置示意图；

图3为混响法测量充水管道只产生射流噪声时，对充水管道采用的抑制管壁振动和管口 涡流装置的示意图；

图4为混响法测量充水管道只产生射流噪声时，对充水管道采用的抑制管壁振动的减振 箱结构俯视图；

图5为混响法测量充水管道只射流噪声时，对充水管道采用的抑制充水管道管口涡流的 管口夹具和障板结构俯视图；

图6为混响法测量充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声任务中的步骤流程图；

图7为混响法测量充水管道只产生射流噪声任务中的步骤流程图；

图8为本实施例中，由混响法测量的充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的 自由场等效声压级图；

图9为本实施例中，由混响法测量的充水管道只产生射流噪声的自由场等效声压级图；

图10为本实施例中，利用本发明的计算方法得到的充水管道由管壁振动产生辐射噪声的 自由场等效声压级图。

具体实施方式

下面将结合附图1～附图10对本发明做进一步详细说明。

本发明的目的是提供一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，能够在混 响法进行的水下充水管道辐射噪声测试中，为评价充水管道由管壁振动产生的辐射噪声提供 一种计算方法。

一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，基于在非消声水池采用混响法 开展的充水管道辐射噪声测试的基础上，包括混响法测量的充水管道由管壁振动产生的辐射 噪声和射流噪声，混响法测量的充水管道只产生射流噪声两大任务；

所述混响法测量的充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声的任务，包括以下步骤：

步骤S10：非消声水池背景噪声的测量，记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱， 值记为dB10；

步骤S20：充水管道浸没于非消声水池，管口对准非消声水池的池底，由混响法测量得 到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的声压功率谱，值记为dB20；

步骤S30：保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池的充水管道位 置处，由混响法得到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB30；同时，测量非消 声水池的混响时间，值记为T0；

步骤S40：利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱，结合S30中的声压功率谱dB30 和混响时间T0，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S20中的声压功 率谱进行修正，得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的自由场等效声压级dB1 及辐射声功率dBW1；

所述混响法测量的充水管道只产生射流噪声的任务，包括以下步骤：

步骤S11：非消声水池的背景噪声测量，记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱， 值记为dB11；

步骤S21：将充水管道放置在非消声水池的水面，在管身安装减振箱、管口安装管口夹 具和障板后，充水管道的管口和障板的上表面刚刚浸没于水面，由混响法测量得到充水管道 只产生射流噪声时的声压功率谱，值记为dB21；

步骤S31：保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池，由混响法得 到发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB31；同时，测量非消声水池的混响时间，值 记为T1；

步骤S41：利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱，结合S31中的声压功率谱dB31 和混响时间T1，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S21中的声压功 率谱进行修正，得到充水管道只产生射流噪声的自由场等效声压级dB2及辐射声功率dBW2；

充水管道由管壁振动产生辐射噪声的自由场等效声压级dB3和辐射声功率dBW3,其值分 别为dB2-dB1和dBW2-dBW1；

本发明公开了一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，包括混响法测量 的充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，混响法测量的充水管道只产生射流噪声 两大任务；本发明利用充水管道由管壁振动产生辐射噪声的机理与充水管道射流噪声产生的 机理不同，两种噪声互不相干；将在同一非消声水池利用混响法测量得到的充水管道由管壁 振动产生的辐射噪声和射流噪声，减去混响法测量的充水管道只产生的射流噪声，从而得到 充水管道由管壁振动产生的辐射噪声，这为评价水下充水管道的管壁辐射噪声能力提供了一 种计算方法。

一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，包括混响法测量的充水管道由 管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，混响法测量的充水管道只产生射流噪声两大任务；

充水管道2为不锈钢管，内部充水，规格为DN100，内径88mm，外径108mm，管壁厚度 为10mm，长度为2200mm，充水管道2的一端接射流源(离心泵，图中未示出)；

混响法测量的充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声的任务，包括以下步骤：

步骤S10:非消声水池背景噪声的测量，记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱， 值记为dB10；

步骤S20：充水管道浸没于非消声水池，管口对准非消声水池的池底，由混响法测量得 到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的声压功率谱，值记为dB20；

步骤S30：保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池的充水管道位 置处，由混响法得到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB30，以及非消声水池 的混响时间，值记为T0；

步骤S40：利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱，结合S30中的声压功率谱dB30 和混响时间T0，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S20中的声压功 率谱进行修正，得到充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声的自由场等效声压级dB1 及辐射声功率dBW1；

在充水管道2的管身上安装减振箱21，减振箱21为双层半圆柱壳结构，无顶盖，在半圆 柱壳的两端有接耳，减振箱21长200mm，内径为108mm，壳体厚度为3mm，内层壳内表面周 长为167mm，内壳的内表面和外壳的外表面之间的径向距离为106mm，将两个减振箱21的内 侧贴到充水管道2的管身上，接耳相对，对齐接耳上的四个通孔(Φ12)，利用双头螺柱24 和螺母25(M10)紧固，使减振箱21严密贴合在充水管道2上，在减振箱21内充填铁砂， 铁砂的粒度范围为0.2mm-2mm，填满后的铁砂表面与减振箱21的顶端平齐，在充水管道2上 共安装五对减振箱21，两个减振箱21之间的间隔为100mm，两个减振箱21的接耳所成的连 线与其它减振箱21的接耳所成的连线之间夹角为72度，也即减振箱21的接耳交错排列；在 充水管道2的管口处，安装管口夹具22，管口夹具22为半圆环结构，厚度为20mm，内径为 108mm，外径为208mm，内环的周长为167mm，即内、外圆环的径向距离为100mm，在管口夹 具22的两端有接耳，接耳上开有通孔(Φ12)，在管口夹具22上开有通孔(Φ14)，紧固的 管口夹具22上的通孔中心与障板23上的螺纹孔中心是对齐的，将两个管口夹具22贴在充水 管道2的管口附近，管口夹具22的平面距管口平面的距离为障板23的厚度，将管口夹具22 的接耳相对，利用双头螺柱26和螺母27(M10)紧固，使管口夹具22紧贴在充水管道2的 管口处；在充水管道2的管口处安装障板23，障板23为圆环结构，厚度为20mm，内径为108mm， 外径为324mm，在障板23上开有螺纹孔(Φ10)，螺纹孔的中心位置与管口夹具22上的通孔 中心位置是对齐的，将障板23放置在充水管道2的管口附近，利用螺栓28(M10)通过管口 夹具22上的通孔后，将障板23紧固在管口夹具22上，此时障板23的下表面与充水管道2 管口的平面是平齐的，在障板23与充水管道2的管口之间的缝隙，涂以密封胶(型号：704 胶)，然后利用裁纸刀刮平，使障板23与充水管道2的管口之间无缝隙；

结合附图1～附图5，其中，1为非消声水池、2为充水管道、21为减振箱、22为管口夹 具、23为障板、24为双头螺柱、25为螺母、26为双头螺柱、27为螺母、28为螺栓。

所述混响法测量的充水管道只产生射流噪声的任务，包括以下步骤：

步骤S11:非消声水池的背景噪声测量，记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱， 值记为dB11；

步骤S21：将充水管道放置在非消声水池的水面，在管身安装减振箱、管口安装管口夹 具和障板后，充水管道的管口和障板的上表面刚刚浸没于水面，由混响法测量得到充水管道 只产生射流噪声的声压功率谱，值记为dB21；

步骤S31：保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池，由混响法得 到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB31，以及非消声水池的混响时间数据， 值记为T1；

步骤S41：利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱，结合S31中的声压功率谱dB31 和混响时间T1，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S21中的声压功 率谱进行修正，得到充水管道因射流而产生的噪声的自由场等效声压级dB2及辐射声功率 dBW2；

充水管道由管壁振动产生的辐射噪声的自由场等效声压级dB3和辐射声功率dBW3,其值 分别为dB2-dB1和dBW2-dBW1。