一种船舶住舱舱室噪声预报方法

摘要

本发明涉及一种船舶住舱舱室噪声预报方法，基于SPR法考虑暖通空调系统影响的改进船舶住舱舱室噪声预报方法。利用实验测试或采用经验公式法确定暖通空调风机的空气噪声源级以及二次辐射噪声源级；根据暖通空调系统布置图，确定传入接收舱室(即目标舱室)的噪声源传递路径并计算其传递路径损耗；计算传入目标舱室的风机/流噪声/管道泄漏噪音的辐射声功率级；采用能量叠加法计算得到传入目标舱室的总辐射声功率级；计算目标舱室的房间常数R；根据混响声场公式计算考虑暖通空调系统引起的目标舱室辐射声压级。此改进的方法可有效提高求解效率及预报精度，为船舶住舱舱室噪声预报提供有效分析手段和依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种噪声检测技术，特别涉及一种船舶住舱舱室噪声预报方法。

背景技术

随着社会的进步与发展，船型日益大型化，而船舶住舱的舒适度要求却越来越高，船舶舱室噪声指标也更为严格。船舶住舱一般布置在主甲板往上几层甲板，该类舱室离主机噪声源与螺旋桨噪声源均距离较远，噪声在传递路径上衰减快，而暖通空调系统的噪声在此类舱室的贡献度大，因此如何快速准确预报及控制船舶住舱的舱室噪声亟待解决。

目前统计能量分析法、有限元法、边界元法及有限元-统计能量混合法等数值预报方法被广泛应用于船舶舱室噪声预报。数值预报方法需要建立从声源到目标舱室的详细模型，模型参数通常只能在船舶设计后期才能获得，因此数值方法一半都需在船舶详细设计阶段进行，且声学建模时间长、对子系统的模态密度要求高、计算效率及预报精度较为依赖建模精度。因此，在船舶设计初期阶段采用经验法或半经验法更为适用：经验法只适用于相似船型，且需要大量实测数据积累；半经验型的船舶舱室噪声预报方法主要是基于“声源-传递路径-接收点”的系统分析衍生而来，依托房间声学理论，其优点在于其准确性不受船型变化及设计细节影响。

虽然半经验法的SPR(噪声源-传递路径-接收点)法已应用于舱室噪声计算，但仍没有一种考虑暖通空调系统噪声影响的船舶住舱舱室噪声预报方法。目前有一些与本发明相关的公开报道主要有：文献1、基于传递路径分析法的船舶舱室噪声预报研究(噪声与振动控制2020年2月第1期)；文献2、基于半经验法的船舶舱室噪声实用预报方法(船舶2016年第159卷第2期)；文献3、船舶舱室噪声工程预报方法(船舶工程2014年增刊)。其中：文献1以机修间为例，介绍了采用传递路径分析法进行舱室噪声预报的步骤，以及对实船的评估效果，但未涉及考虑暖通空调系统噪声的船舶住舱舱室噪声预报；文献2、3虽阐述了运用半经验法对某小艇休息室与驾驶室的舱室噪声进行预报，但也未涉及考虑暖通空调系统噪声的影响。

发明内容

针对暖通空调系统的噪声对船舶住舱舱室影响大的问题，提出了一种船舶住舱舱室噪声预报方法，考虑暖通空调系统噪声影响的，准确对船舶住舱舱室噪声进行预报。

本发明的技术方案为：一种船舶住舱舱室噪声预报方法，具体包括如下步骤：

1)确定设备布置及设备数据，结合目标舱室的具体位置，确定输入目标舱室的噪声源以及二次辐射噪声源，噪声源为暖通空调风机，二次辐射噪声源包括气流通过管道分支、管道转弯产生的空气噪声源级及扩散器的空气噪声源级；

2)根据暖通空调系统布置图，确定目标舱室的噪声源传递路径并计算其传递路径损耗，传递路径损耗包括管道路径传递损耗、管道分支处损耗、管道转弯处损耗、管道终端反射损耗；

3)根据已确定的传递路径损耗，分别计算出传入目标舱室的风机辐射声功率级、二次辐射噪声源流噪声的辐射声功率级、管道泄漏噪音的辐射声功率级；

4)根据步骤3)获得的传入目标舱室的各个辐射声功率级，采用能量叠加法计算得到传入目标舱室的总辐射声功率级；

5)计算目标舱室的房间混响声常数R；

6)根据混响声场公式计算由暖通空调系统引起的目标舱室的辐射声压级。

进一步，所述步骤2)传递路径损耗确定方法如下：

2-1)在管道分支处，声源辐射声功率分流按管道开孔面积比例划分，由管道分支处引起的噪声衰减量按公式(2-1)计算：

10log(A

其中：A

2-2)在管道转弯处，噪声衰减量(dB)如下表所示：

2-3)在管道端部处，反射噪声衰减量(dB)如下表所示：

进一步，所述步骤3)二次辐射噪声源流是由暖通空调系统管道内的空气在管道转弯处、分支处、阻尼器处或变截面处流动产生的，计算方式为进入管道结构前气流所产生的由经验公式计算的噪声和管道结构中测试获得的空气噪声源倍频带调整因子叠加。

进一步，所述步骤3)二次辐射噪声源流还包括暖通空调扩散器终端的空气流动产生的空气噪声源级，所述空气噪声源级为进入扩散器前的管道气流所产生的噪声L

L

其中：S为管道横截面面积，m

进一步，所述步骤4)传入目标舱室的总辐射声功率级为：

L

式中：L

进一步，所述步骤5)计算目标舱室的房间混响声常数R，R表示房间对声音的吸声处理能力的大小，是与计算房间混响声有关的一个常数，

其中：S为房间的内表面积，m

进一步，所述由暖通空调系统引起的目标舱室的辐射声压级：

L

本发明的有益效果在于：本发明船舶住舱舱室噪声预报方法，基于SPR法考虑暖通空调系统影响的改进船舶住舱舱室噪声预报方法。利用实验测试或采用经验公式法确定暖通空调风机的空气噪声源级以及二次辐射噪声源级；根据暖通空调系统布置图，确定传入接收舱室(即目标舱室)的噪声源传递路径并计算其传递路径损耗；计算传入目标舱室的风机/流噪声/管道泄漏噪音的辐射声功率级；采用能量叠加法计算得到传入目标舱室的总辐射声功率级；计算目标舱室的房间常数R；根据混响声场公式计算考虑暖通空调系统引起的目标舱室辐射声压级。此改进的方法可有效提高求解效率及预报精度，为船舶住舱舱室噪声预报提供有效分析手段和依据。

附图说明

图1为本发明基于SPR法考虑暖通空调影响的船舶住舱舱室噪声预报流程图；

图2为某上层建筑目标舱室暖通空调系统路径简化模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示基于SPR法考虑暖通空调影响的船舶住舱舱室噪声预报流程图，虚线部分为本发明未涉及到的现有相关噪声源，图中实线为本发明方法中涉及到的船舶住舱舱室噪声预报流程，具体包括如下步骤：

步骤1、利用已有设备布置及资料，结合某船舶住舱(目标舱室)的具体位置，确定输入目标舱室的噪声源级(暖通空调风机)以及二次辐射噪声源(因管道分支、管道转弯产生的流噪声及扩散器的空气噪声源级)；

步骤2、根据暖通空调系统布置图，确定目标舱室的噪声源传递路径并计算其传递路径损耗。传递路径损耗主要包括管道路径传递损耗、管道分支处损耗、管道转弯处损耗、管道终端反射损耗；

步骤3、根据已确定的传递路径损耗，分别计算出传入目标舱室的风机辐射声功率级、二次辐射噪声源流噪声(因管道分支、管道转弯而产生)的辐射声功率级、管道泄漏噪音的辐射声功率级；

步骤4、根据步骤3获得的传入目标舱室的各个辐射声功率级，采用能量叠加法计算得到传入目标舱室的总辐射声功率级；

步骤5、计算目标舱室的房间混响声常数R；

步骤6、根据混响声场公式计算考虑由暖通空调系统引起的目标舱室的辐射声压级。

步骤1噪声源确定方法如下：

1-1.噪声源级应采用厂商提供的实测数据；若无实测数据可根据文献2中的经验公式确定噪声源强度；噪声源的辐射声功率级和振动加速度级分别用L

暖通空调系统空气噪声源分为一次空气噪声源和二次空气噪声源，其中一次空气噪声源为风机，二次空气噪声源包括气流通过管道分支、管道转弯、扩散器产生的空气噪声。

1-2.暖通空调风机空气噪声源级(一次噪声源)

风机进风口的空气噪声源级L

L

其中：cfm为风机每分钟的进气量，m

表1

1-3.暖通空调系统流噪声

流噪声是由暖通空调系统管道内的空气在管道转弯处、分支处、阻尼器处或变截面处流动产生的。通过管道消声器的气流和通过管道终端的扩散器的气流也会产生噪音。

根据表2中扩散器出口流速，查找对应的倍频程中心频率对应的倍频带调整因子(dB)，若扩散器出口流速不在表格范围内，可根据流速区间进行插值求得，获得的倍频带调整因子为扩散器出口的流速大小对应的噪声影响。通过将表2中的管道终端扩散器空气噪声源倍频带调整因子(dB)加到由公式(1-2)给出的基线水平，此基线水平代表进入扩散器前的管道气流所产生的噪声，计算出通过暖通空调扩散器终端的空气流动产生的空气噪声源级为L

L

其中：S为管道横截面面积，m

表2

通过将表3中的管道转弯处空气噪声源倍频带调整因子(dB)加到由公式(1-3)给出的基线水平(由经验公式计算获得的进入管道转弯前的管道气流产生的噪声)，计算出暖通空调管道转弯处空气流动产生的空气噪声源级为L

L

其中：d为管道横截面尺寸的平均值，m；V为空气流速，m/min；A为管道横截面积，m

表3

通过将表4中的管道分支处空气噪声源倍频带调整因子(dB)加到由公式(1-4)给出的基线水平(由经验公式计算获得的进入管道转弯前的管道气流产生的噪声)，计算出暖通空调管道分支处空气流动产生的空气噪声源级为L

L

其中：d为管道横截面尺寸的平均值，m；V为空气流速，m/min；A为管道横截面积，m

表4

2、步骤2噪声源传递路径损耗确定方法如下：

2-1.在管道分支处，声源辐射声功率分流按管道开孔面积比例划分。由管道分支处引起的噪声衰减量按公式(2-1)计算：

10log(A

其中：A

2-2.在管道转弯处，噪声衰减量(dB)如表5所示。

表5

2-3.在管道端部处，反射噪声衰减量(dB)如表6所示。

表6

3、步骤4计算噪声源声功率级：

通过暖通空调管道泄漏的噪音传入到接收舱室的辐射声功率级可通过公式(3-1)得到：

L

式中：L

表7

4、步骤5计算目标舱室的房间混响声常数R：

房间混响声常数R，表示房间对声音的吸声处理能力的大小，是与计算房间混响声有关的一个常数。

其中：S为房间的内表面积，m

5、步骤6进入目标舱室噪音总辐射声功率级转换为辐射声压级：

根据混响声场公式(5-1)将步骤4计算得到的目标舱室的总辐射声功率级转换为目标舱室的辐射声压级。

L

选取船舶上层建筑中3个舱室结合图1，具体包括以下步骤：

由图2可知，房间③中放置的暖通空调风机是房间①/房间②的外部噪声源。房间③中风机参数为：10个反向翼型叶片；转速为1800r/min；在静压为0.074米水柱下排放113m

步骤1、风机①空气噪声源级，如表8所示。

表8

步骤2、风机①空气噪声源传入接收空间的辐射声功率级，如表9所示。

表9

步骤3、扩散器的辐射声功率级，如表10所示。

表10

步骤4、管道分支/转弯产生的流噪声的辐射声功率级，如表11所示。

表11

步骤5、流噪声传入接收空间的辐射声功率级，如表12所示。

表12

步骤6、管道泄漏噪音传入接收空间的辐射声功率级，如表13所示。

表13

步骤7、接收空间的辐射声压级由暖通空调系统噪声引起，如表14所示。

表14

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。