用传递函数法测量水消声器传递损失

　　1 概述

　　船舶动力装置的冷却水通常取自大海,通海管路系统在采取加装挠性接头及弹性支撑等措施后可以抑制振动沿管路的传递,但系统中的泵、阀门以及弯头等所产生的流体噪声将随海水的吸入和排出从海底门辐射出去。管内流体脉动产生的噪声会对舱内环境产生很大的影响。另一种特殊情况是海水管路中常见的有压瞬变流(水锤)现象,它不仅影响工作环境,同时也会对管路本身造成破坏。

　　工程上普遍采用在管道中安装消声器的方法来抑制流噪声。本文开展了海水管路流体脉动压力衰减器--又称之为海水消声器--的研究工作。这里主要介绍对水消声器进行的性能试验及其分析结果。

　　2 传递函数测量法简介

　　消声器消声性能以传递损失来衡量,它定义为入射声和透射声的声功率级之差。J.Y.Chung介绍了可实现传递损失测量的传递函数法[1,2],其测量原理如图所示:

　　#1,#2为平齐安装在管壁上的两个传声器,用来测量管内声波信号,声压信号为入射波pi和反射波pr的合成波信号,s为两传声器之间的距离。

　　传声器1处的复反射系数为:

　　对于平面波传播,当管内流动的马赫数为M时,由于两个传感器之间的距离S很小,可忽略管壁的摩擦损失,有如下关系:

　　这里f为频率,K为波数。

　　H12为#1和#2之间合成波的传递函数,它定义为H12=S12/S11。

　　测量消声器传递损失需要分别在消声器上下游布置两个传声器。

　　其中Ru、Au、Hu12,Rd、Ad、Hd12分别为上游和下游的复反射系数、管道截面积、传递函数。

　　对刚性壁管道,当声波频率低于其截止频率fc时,声在管道中只能以平面波传播,测量频率应低于管道截止频率。令c为声速,D为管道内径,则fc=1.84c/(πD)。

　　当s=m(λ/2)即为声波半波长的整数倍时,公式(1)没有意义,所以s的确定原则为s≤c/(2fc)。

　　实验选用压电传感器测量流体压力脉动,压力脉动反映了流体流动的基本特性,准确可靠地进行测量在实验研究中非常重要。为此专门设计了一套传感器安装部件,它保证了传感器安装之后感压膜片与管道内表面平齐,不影响管道内声场。

　　传递函数测量的核心是确定传感器之间的传递函数,为此要标定测量系统的增益因子和相位因子。实验中采用传感器转换测量技术实现了系统标定,即两传感器在初始位置时测量压力波信号,然后把两传感器位置转换180b后再次测量,把两次测量信号做传递函数进行几何平均,求出真实的传递函数,而与两个传感器本身的传递特性无关。