吸气管道中风机辐射的声功率级与声压级的关系

    一、前言

    国外很多国家标准是用声功率级测试风机噪声,而我国是用管外一点(45b或90b)1m处的声压级来测定。对于噪声源,肯定是用声功率级来衡量。显然,管外一点声压测量比较简单,但严格地讲,一点声压是不能代表风机噪声辐射功率的;声功率级的测试可用管内或管外法,需用声级机或声强多点测量后再积分,费时又费钱,在我国普遍推广还需要一段时间。这两种标准之间如何对比,一直是国内风机行业急需解决的问题。关键是到目前为止还没有流动管道内噪声源管外辐射功率解,自然也就没法对比,但这是一个相当复杂的计算声学问题。

    自由场中声压级和声功率级有:

    这里Lp表示管外距入口距离为r(m)和轴线角度为H处的声压级,Lw为管内声功率级,Q为指向性系数,它反映了声压场的不均匀性,10logQ是由指向性引起的测点声压级的增量(dB)。这里的关键是指向性系数,它和管径(2a)、流速U和频率f有关,即与Mach数(M=U/c,c为声速)和Helmholtz数(ka=ca/2Pf,k为波数,a为管道半径)有关。对于距离为1m处的声压级,有

    显然,这里的关键是指向性系数Q(M,ka),如能得到,则很容易从管外一点声压级推算出管内噪声的源声功率级。但是到目前为止,尚未有这方面的报道。

    本文将给出经试验考核的吸气管道内噪声源辐射声场解,并由此给出辐射声压的指向性系数图。利用这些图就可方便地得出吸气管道内风机试。吸气管道内上述关系可用于风机标准的出气试验;出气管道内的这种关系可用于风机标准的进气试验,其相应声压的指向性系数图可参阅文献[1]。

    二、吸气管道内噪声源辐射声场数值方法

    管道噪声源本身通常是很复杂的,但在分析低于截止频率的管道噪声频率时,可假定管内声源为平面声波。另外,一般通风管道流速小于20m/s,可忽略流动本身的再生噪声[2]。同时,为简单起见,管道噪声出口声场研究可简化成半无限长无厚度圆管向无界空间的声辐射轴对称问题,计算域如图1所示。管道直径d=2a=2DE。FD为以Ox为轴线的半无限长圆管的一部分,DE为无法兰管口处,FABCE为计算人工截断边界,CE不小于波长的两倍,OE=OA=BC=EC,FD为管壁,ABCEDFA+OFDEO为求解域。管内1处的平面波声源位于计算域内,作为D函数分布的脉动体积源项,数值计算时将它光滑为频带很窄的高斯分布,但保持使发出的管口辐射声功率相等。

    将有源项的轴对称线化Euler方程组作为基本方程[1,3]:

    其中在声源位置I、即Xs处,加入高斯分布频带为0.3d的体积源q,其具体形式为

q(x,t) = qosin(2kat)exp[-5(x- xs)2](4)

    其中,qo为体积源脉动幅值,k为波数,a为管道半径,t为时间。