家用电器风机噪声的一种等效声源建模方法

风机噪声是油烟机、吸尘器、电吹风等家用电器的主要噪声源,噪声管理是这类产品开发的关键。为缩短家用电器的开发周期,需要在设计阶段对产品进行噪声预测与评估。传统预测方法是对风机和系统整体建模,进行气动噪声流体-声学联合仿真(Computational Fluid Dynamics-Computational Aeroacoustics, CFD-CAA)。但该方法使声源与声传播过程相耦合,设计每当有修改的时候,就要需要进行全系统计算,开发效率较低。为此,文章提出一种可以将风机声源特性与系统声传播过程解耦的噪声源建模方法,分析风机气动声源特性,建立风机等效源模型。设计了风机噪声试验,测试风机的风口噪声,提取等效声源强度,用于快速预测不同系统、不同工况的噪声。将该模型应用于两种型号的油烟机噪声分析,结果表明,对不同的风道结构,系统噪声预测误差均在3 dB左右。

大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测

为了考察空腔产生的水动噪声,对气动声学理论与研究方法进行了分析,确立了大涡模拟-等效声源混合法.利用大涡模拟计算空腔非定常流动的流场结构,基于有限元/无限元法利用变分形式的Lighthill声类比方程进行声场的求解.利用该混合法考察了雷诺数为1.2×105的空腔算例频域内噪声的辐射特性,基频值的预测结果与文献基本一致,低频纯音的远场辐射具备指向性,沿上游方向辐射能量较高,高频宽带噪音的传播不具指向性.

等效道路线声源位置优化研究

计算道路交通噪声时,一般将每个车道等效为1个线声源。有时,为了简化计算,将道路等效为1个线声源,等效线声源位置为道路中轴;或等效为2个线声源,等效线声源位置为道路两侧中心线或两侧最外车道中心线。本文推导了不同等效方法下观测点噪声的计算公式,并探讨了不同等效方法引起的误差。研究结果表明,将道路等效为2个线声源,等效线声源位置为道路两侧中心线的简化方法引起的误差最小。

变压器双层多线声源等效模型的建立与研究

变电站噪声存在传播距离远、传播过程中干涉现象明显等特点,导致商业噪声软件的预测值与实测结果常出现不符的情况,使得工程投运后会出现厂界噪声超标现象。为解决此问题,基于有限元-边界元(Finite Element Method-Boundary Element Method,FEM-BEM)耦合理论,使用有限元仿真软件COMSOL对变压器声源特性及声源等效模型建立方法展开研究。提出一种通过设置双层多线声源的方法建立变压器声源等效模型。通过对声源模型及其传播模型对比实测数据进行研究分析,可发现在距离变压器立面距离5 m之外,仿真噪声衰减数据与实测噪声衰减平均数据的误差基本控制在3 dB以内。本模型可精准预测变电站噪声衰减,为特高压输变电工程的进一步精细化设计提供了理论依据和方法指导。

三相电抗器立体井型线声源等效模型的建立

随着社会发展和人民环保意识的提高,特高压(ultra high voltage,UHV)噪声污染的投诉与纠纷日益增多,已经成为制约电网绿色发展与建设的重要因素。通过对特高压变电站内主设备噪声的测量,发现三相电抗器噪声最大,且出现极大与极小值交替现象。说明电抗器噪声在传播过程中存在明显的干涉效应,这也是造成常用商业噪声软件的预测值与实测结果不符的主要原因。为解决此问题,基于有限元法(finite element method,FEM)声固耦合及有限元法-边界元法(FEM-boundary element method,FEM-BEM)耦合理论,使用数值仿真软件COMSOL对三相电抗器声源特性及声源等效模型建立方法展开研究。研究发现三相电抗器噪声频谱中100 Hz的声功率级占比全频带声功率级超过90%,说明100 Hz是造成干涉效应的主要频率。并基于此频率提出一种通过设置井型线声源的方法建立三相电抗器声源等效模型。结果显示:模型仿真计算的预测结果与实测值的趋势基本一致,差异在修正后实现了较高的吻合度。研究对于三相电抗器设备的噪声预测与治理具有现实指导意义,为特高压输变电工程的进一步精细化设计提供了一种有效思路与方法。

结构与空气噪声辐射的等效面声源预测

将振动或气动发声系统作为一个整体,建立近场虚拟包络面并划分区域,将实验测试获得的各区域中心近场声压信息作为相应区域的声源,形成整个振动或气动发声系统的等效面声源模型,以此作为声学边界积分方程的边界条件,实现辐射声场的数值计算.以矩形箱振动发声系统为例,应用两种规模的等效面声源预测噪声辐射,与实验相对比获得了较好的准确度,验证了该方法的有效性,同时表明等效面声源规模越大预测结果越准确.将小型离心风机气动声源与理想体积声源置于矩形箱内,应用该方法预测其辐射声场,也得到了理想的结果.

基于CFD/CAA耦合边界方法的翼型尾缘噪声预测

基于声波边界条件的流致噪声混合预测方法是一种处理复杂构型声学问题的数值手段。该方法可进行声源的精细化模拟,准确获得噪声的传播特性。发展了声扰动方程离散求解中所涉及的时空离散格式及边界条件等数值方法,提出通过添加缓冲层等策略以改善声源区与传播区交界处数值间断引起的发散问题,以建立高精度流致噪声混合预测方法。为了研究混合方法的准确性,以BANC试验中的NACA0012翼型为研究对象,开展了翼型尾缘的声辐射数值模拟研究分析。通过与大涡模拟方法所求解的声场结果进行对比,验证了基于声波边界条件的高精度流致噪声混合预测方法可准确预测空间声场分布,并直观反映声波与声波之间的相互作用现象。与大涡模拟结果相比,CFD/CAA方法总声压级误差不超过2 dB,噪声指向性分布趋势一致。

输气管道气体流经阀门气动噪声产生机理分析

为区分输气管道泄漏音波与阀门噪声,为输气管道音波法泄漏检测提供理论依据及数据库、控制阀门噪声提供解决办法,从音波产生机理角度采用CFD软件耦合专业声学软件方法对输气管道气体流经阀门产生的气动噪声进行研究,建立气动噪声模型,探究气动噪声产生机理及传播、衰减规律。在CFD(Computational Fluid Dynamics)软件中采用大涡湍流模型对气体流经阀门时的瞬态流场求解分析,获得流场分布如脉动压力、脉动速度数据;将CFD计算所得数据导入专业声学软件进行联合仿真,生成气动噪声源项,包括偶极子声源及四极子声源,建立气动噪声产生传播模型,求解输气管道气体流经阀门的气动噪声。

变电站变压器类设备噪声预测与控制优化

随着电能的不断发展,变电站噪声问题越来越受到公众重视,变电站噪声的控制显得十分重要。变电站噪声对变电站环保评估有重要影响,更加精准有效地降低变电站噪声显得尤为重要,本文通过对比Cadna/A软件与有限元计算软件comsol与LMS,提出一种简单有针对性的变电站低频噪声预测计算方法,并对变电站主要声源附近低频噪声控制提出针对性方案,为变电站噪声控制提供思路。

刚性壁面三维陷落腔涡流噪声机理研究

陷落腔结构作为船舶表面的一种常见结构,其产生的噪声近年来广受关注。文章在马赫数为0.0048条件下,采用LES-Lghthill等效声源法对刚性壁面三维陷落腔的流场及声场进行仿真,形象地再现了陷落腔内部涡旋运动变化规律,分析了陷落腔涡流流动机制、脉动压力特性以及辐射噪声特征。通过对脉动压力功率谱及声功率频谱的对比分析发现,声功率谱的前三阶频率与陷落腔流体动力振荡频率吻合,这表明刚性壁面的三维陷落腔涡流噪声由流体动力振荡引起,由脉动压力构成的偶极子源对涡流噪声的贡献最大。研究成果为控制船舶涡流噪声提供了理论依据。

轿车声学建模的统计能量法

针对高频域的声场 ,提出了基于能量理论的等效声源法对轿车的发动机室进行声场建模 ,采用统计能量法 (SEA)理论对发动机室、发动机室底板及底板与地面空间系统进行声场建模和仿真。该方法简单、实用 ,利于工程应用 ,能很好地解释系统的声场物理特性。

电力机车司机室空气传播噪声预测

试验分析了电力机车司机室噪声源的噪声特性和司机室各墙体的隔声性能。基于声源声功率的等效原理,将室外声源声功率级等效转换到室内声源声功率级,基于现有隔声设计的基本公式,对电力机车司机室内受声点的噪声进行了预测。结果表明:轮轨噪声、机械间设备噪声和司机室内空调、暖风机噪声是司机室噪声的主要来源;由于机械间内产生了足够的混响声,机械间内受声点声压级的大小与声源到受声点的距离无关;计算结果与测试结果存在一定的误差,但仍在可接受范围之内。预测方法能为电力机车司机室早期的声学设计和改进提供设计依据。

深水自主水下航行器附体安装结构参数优化及涡流噪声分析

深水自主水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)是主要依靠声学设备实现导航、定位以及任务操作的机电装备。声通信调制解调器是保证深水AUV正常水下作业的唯一数据通路,其周围的涡流噪声对其信号精度有着不容忽视的影响。以降低涡流噪声对声通信传感器信号干扰为目的,研究声通信传感器的安装结构设计。依据AUV上声通信传感器的安装结构抽象出几何模型,即圆柱凸体–孔腔组合结构,采用LES-Lighthill等效声源混合法对该结构的流场、声场进行模拟仿真,探讨组合结构涡流流动机制及辐射噪声特征。分析影响组合结构涡流噪声的因素,以降低涡流噪声为目的,利用正交试验的方法优化圆柱凸体–孔腔组合结构参数。结果表明,在较低速度范围内,水下航行器速度对组合结构水动噪声的影响不如组合结构参数对水动噪声的作用显著,安装结构参数对涡流噪声的影响顺序为高深比>直径比>深径比。研究成果为水下航行器声学传感器的合理安装及提高信号精度提供了理论指导。

基于地理信息系统的高速铁路噪声地图绘制技术

为推动噪声地图在高速铁路噪声管理中的应用,研究噪声预测模型与地理信息系统(GIS)相结合的高速铁路噪声地图绘制技术。首先,根据高速铁路噪声源分布特征和线路结构特征,优化高速铁路多等效声源预测模型和声屏障插入损失计算方法;其次,在GIS软件中搭建某高速铁路三维地理信息模型,二次开发基于该模型的铁路噪声预测技术;然后,进行离散节点的噪声计算,并通过空间插值绘制连续的噪声分布地图。研究结果表明:采用该技术绘制的我国某高速铁路噪声地图与实测结果对比误差小于1 dB(A),验证了该高速铁路噪声地图的准确性和实用性,可作为铁路噪声管理部门制定噪声控制对策的参考依据。

封闭空间声场重构的多层等效源法

对于封闭空间内的多途反射声,传统的等效声源法将其等效为距离边界一定距离的单层等效声源体进行声场重构,然而等效源与边界的距离选取依据不确定。因此,为获得等效声源配置的最优距离,在等效声源法(ESM)的基础上构建多层等效声源,提出一种适用于封闭环境声场重构的多层等效声源法(MESM),并依据等效声源的空间分布的稀疏性来获得等效声源强度信息。首先给出多层等效源法的理论依据,其次通过数值计算以及实验测试两种方式对比验证了所提方法。数值结果表明:MESM相比于ESM可在600 Hz以上频段获得低5~10 dB左右的重构误差,但是200 Hz以下的低频重构误差会增加5 dB左右。实验结果表明:MESM可比ESM获得更低的重构误差。文章最后基于数值计算研究了所提方法的主要影响因素。研究表明:虽然MESM会比ESM耗费2倍的计算时间,但在整体频率范围内,MESM可在ESM基础上提升600 Hz以上的重构性能。另外,等效声源的层数和层内数目的改变不会影响声场重构性能,而当传声器数目较多、阵列位置随机、空间边界的吸声系数不是很大时,MESM可获得比ESM更低重构误差,特别是600 Hz以上的中频段区间。

电力变压器低频噪声的模拟与等效

变压器通过箱体振动向外界辐射噪声,采用数组点声源组成的声学系统可以模拟平板的振动,进而等效变压器的噪声.基于此选用4、16、36个点声源仿真出变压器噪声,并在实际运用中,利用36个点声源组成的系统来模拟某变压器的噪声,得到远处测试点的噪声水平,与实际基本相符,相对误差最低可达0.04%,最高仅为3.41%.在远场条件下,通过调整点声源的幅值、相位、频率,即可模拟出变压器的噪声,有利于有源降噪、次级声源布放等方面的实验研究.