管内流噪声测量技术研究

　　由于在浩瀚的海洋里只有声波可以远距离传播,因此,声波是目前唯一可以被用来在水下传递信息的载体,同时也是水下探测的主要特征信号。水下噪声一直是声学研究十分关注的问题。有多方面的因素能够导致船舶自身向水中辐射噪声,破坏自身的声隐身性能。而从船舶自身向外界流出的流体介质中携带的声信号又是其中的重要因素之一,船舶上通向外界的流体管道是产生船舶辐射噪声的源头之一,管道系统的噪声控制研究也逐渐成为了一项新兴的研究内容。本文围绕如何测量管道内流体的声信号问题,通过分析对比几种测量装置和相应的测量方法,提出用附加测量水箱的方法直接测量管道内流体水噪声的观点,并通过对实测的数据进行分析,探讨该水噪声测量方法的合理性。

　　1 管道内流体流噪声的特点

　　管道内的流体在流动中受到来自自身和外部的激励时能产生水噪声。流体的压力也能因流道截面的变化、管壁粗糙度的影响产生压力的急剧变化形成压力波动。虽然流体的水噪声和压力波动都以动态压力的形式存在,且都可沿管内的流体传播,但两者的变化规律却各不相同。水声的压力变化规律符合波动方程,而压力波动则符合伯努利方程。水声在宽广的水域中可以远距离传播,而且能穿过液体和固体介质的界面从一种介质传播到另一种介质;而压力波动在离开管道的出口后便很快消失,遇到固体界面时,压力波动几乎不能穿透固体介质向液体传递。

　　测量管道内的水声是研究管道流体噪声的基础。由于压力信号和水声信号在管道内并存,且都以动态压力的形式存在,因此从混合的信号中分离出水声信号是解决测量管道水声信号的关键。

　　2 几种测量方法的比较

　　在研究管道系统的噪声特性中,人们采取了很多的办法,希望能测到管道内流体的噪声,也开展了一些试验研究,下面就几例典型的测量方法予以阐述。

　　2.1 平置动压传感器

　　因为流体只能承受压应力,因此沿着流体传播的动压将主要沿着轴线传播,根据液体内压力的特性,当动压沿着轴线传播时,在径向也能探测到压力的变化。对于波长大于管径的波动而言,波阵面几乎是平面波。在管壁处探测的信号也能很好地反映管内动压信号的特征。基于这一原理,便有了借助在管壁上安装动压传感器进行测量的测量方法。试验前,在管壁上按传感器的外形尺寸开孔,将传感器的感应平面与管内壁尽可能平行地固定。通过检测动压信号了解管内流体的压力波动和噪声。

　　这种测量方法能测量管道内流体的动压信号,但信号中既包含了波动压力的分量又包含了水声。因此,很难直接提取管道内流体的声信号。