[拼音]：guandao zaosheng

[外文]：airflow noise in ducts

在管道內(nèi)產(chǎn)生的或沿管道傳播的噪聲，主要指氣流通過(guò)管道時(shí)產(chǎn)生的噪聲。高速?lài)娮a(chǎn)生的噴氣噪聲，屬于氣流噪聲。管道噪聲通常包括：阻擋噪聲、格柵噪聲和閥門(mén)噪聲。

阻擋噪聲

氣流在管道中和障礙物支架、加固梁、導(dǎo)流板等相互作用時(shí)，物體受到拖曳或提舉而產(chǎn)生的噪聲。這種噪聲產(chǎn)生的機(jī)理比較復(fù)雜，為建立定量關(guān)系可將實(shí)際條件簡(jiǎn)化為：

（1）障礙物的尺寸是比管道橫截面的尺寸小得多的。這能保證空氣在狹窄通道的流速，不至于過(guò)高地超過(guò)平均流速。這種情況下噪聲輻射是氣流與物體的相互作用（偶極子聲源）產(chǎn)生的，而不是湍流的混合過(guò)程（四極子聲源）產(chǎn)生的。

（2）管壁是具有聲學(xué)反射性的。這時(shí)管壁的聲象作用使阻擋物體提舉分量的起伏力引起的聲輻射被抵銷(xiāo)了，只有拖曳力所產(chǎn)生的噪聲才能沿管道傳播。

實(shí)驗(yàn)證明，在這種簡(jiǎn)化條件下，氣流所產(chǎn)生的、向管外自由空間輻射的寬頻帶總聲功率W_0A是：

式中k為比例常數(shù)，約2.5×10^-4；△p為橫過(guò)障礙物所產(chǎn)生的總壓差（Pa）；D_p為管道直徑（m）；ρ為大氣密度(kg/m³);c為環(huán)境媒質(zhì)中的聲速(m/s)。因?yàn)椤?i>p和管內(nèi)流速u的2次方成正比，故依上式阻擋噪聲的聲功率和u的6次方成正比。

這里未考慮障礙物的幾何形狀，它的影響是引起壓力差的改變。管道噪聲的聲功率級(jí)列線圖見(jiàn)圖 1。

上式估算的聲功率是對(duì)寬頻帶噪聲而言的，但有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)頻率離散的相當(dāng)強(qiáng)的純音分量。采取適當(dāng)?shù)闹甘?，磨光障礙物的邊、角，去除某些共振條件，或?qū)Ψ瓷涿婕右晕曁幚淼龋梢韵@種純音分量。格柵噪聲和閥門(mén)噪聲也有相似的情況。

應(yīng)用上式時(shí)，應(yīng)注意噪聲譜中峰值頻率必須低于管道的截止頻率f_c0。

式中c為聲速（m/s）；r為管道的半徑(m)。對(duì)于矩形管，

式中w為矩形管的最大橫向尺寸(m)。

管道內(nèi)氣流的阻擋噪聲的頻譜呈拱架形的曲線，如圖2所示。譜峰頻率 f_p為：

式中u_c為收縮處的流速(m/s);d為障礙物的投影寬度(m)，見(jiàn)圖1；b為常數(shù)，壓差在4000Pa數(shù)量級(jí)時(shí)，b等于0.2，壓差在40000Pa數(shù)量級(jí)時(shí)，b為0.5。收縮處的流速u_c，一般難于測(cè)量準(zhǔn)確，但u_c與壓力差△p有一定的關(guān)系；u_c可由實(shí)測(cè)的△p求出。表所示在常溫下收縮處u_c與△p的關(guān)系。

格柵噪聲

氣流通過(guò)柵條、格柵、擴(kuò)散器或穿孔板時(shí)，同氣流受到障礙物阻擋時(shí)相似，也會(huì)產(chǎn)生噪聲，其不同點(diǎn)是：

（1）格柵位于管道的一端；

（2）管道具有相當(dāng)大的橫截面（如0.2～1平方米）；

（3）通常氣流的速度（風(fēng)速）很低。雖然近年來(lái)所用的風(fēng)速不斷增大，但最高風(fēng)速仍只有每秒30米，比聲速小得多。

格柵噪聲是氣流與剛性物體相互作用而產(chǎn)生的，因此具有偶極子的聲輻射特性，即聲功率與流速的6次方成比例。

為了便于計(jì)算氣流通過(guò)格柵所產(chǎn)生的寬頻帶聲功率，可令標(biāo)準(zhǔn)化的壓差系數(shù)ξ為：

式中ρ為空氣密度(kg/m³);u為格柵前管道中的平均流速(m/s)。氣流通過(guò)格柵發(fā)出的總聲功率級(jí)L_W可表達(dá)為：

式中S為格柵前管道的橫截面積(m²);L_N為標(biāo)準(zhǔn)化聲功率級(jí)，等于

L_N的1／3倍頻帶譜見(jiàn)圖3。

閥門(mén)噪聲

閥門(mén)是控制通過(guò)管道氣流量的機(jī)構(gòu)（圖4，a）。通常，閥門(mén)兩側(cè)有相當(dāng)大的壓力比，足以使出口處氣流的馬赫數(shù)達(dá)到1。在這種條件下，氣流就是阻塞的。

在阻塞氣流的情況下，有兩種發(fā)聲機(jī)制：

（1）噴氣噪聲的發(fā)聲機(jī)制，為閥門(mén)后部的湍流混合過(guò)程所產(chǎn)生，具有四極子輻射的特性。

（2）沖擊噪聲的發(fā)聲機(jī)制，是在閥門(mén)后的區(qū)域內(nèi)湍流與復(fù)雜的氣流場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生。對(duì)于壓力比小于 3的閥門(mén)，這兩種機(jī)制所產(chǎn)生的噪聲都須要加以考慮；壓力比大于 3的閥門(mén)，沖擊噪聲是主要的，噴氣噪聲可以忽略不計(jì)。為了求出閥門(mén)的沖擊噪聲，首先要計(jì)算氣流的機(jī)械功率0.5mc²(W)， 其中m為空氣通過(guò)閥門(mén)的質(zhì)量流（kg/s），c為閥門(mén)上的空氣聲速。然后由圖4，b以閥門(mén)兩側(cè)的壓力比求出沖擊噪聲的總功率級(jí)和氣流的機(jī)械功率級(jí)的差值（分貝），也就是在得知?dú)饬鞯臋C(jī)械功率級(jí)后，就可以求得閥門(mén)輻射的沖擊噪聲的總功率級(jí)。

閥門(mén)沖擊噪聲的頻譜曲線呈拱架形（圖4，d），譜峰的頻率f_p為：

f_p=S_oc/D式中D為閥門(mén)開(kāi)口最狹處的橫向尺寸（m）；S_o為峰值的斯特勞哈爾數(shù)。對(duì)阻塞氣流條件下的沖擊噪聲，S_o不是常數(shù)，而與閥門(mén)兩側(cè)的壓力比有密切關(guān)系。S_o和壓力比的關(guān)系曲線見(jiàn)圖4，c。

參考書(shū)目

1. L. L. Beranek， Noise　and　Vibration　Control，Chapter 16，McGraw-Hill， New York， 1971.

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標(biāo)簽：管道噪聲

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文章名稱(chēng)：《管道噪聲》

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