小型靜音型發電機組噪聲仿真分析

2010-02-26 10:51:12李茂青郭立濱

裝備制造技術 2010年2期

關鍵詞：分析

李茂青，郭立濱，李鵬

（1.重慶通信學院，重慶400035；2.西安通信學院，陜西西安710106）

近年來，隨著社會環保呼聲的提高，克服噪聲污染的問題已經擺上了議事日程，發電機組的噪聲，更是人們關注的重點。靜音型或者說低噪聲發電機組研制，已成為一個新的課題。靜音型發電機組的降噪，主要采用加裝隔聲罩的方式，本文將利用ANSYS仿真軟件，對小型靜音型發電機組加裝隔聲罩后的噪聲，進行仿真分析。

1 建模

基于靜音型發電機組結構、形狀、材料、載荷方面的特點，在進行聲—結構耦合場分析時，用球面聲波模擬機組工作時的噪聲。由于聲波以球面波傳播，無對稱性，故建模時必須將整個機組考慮在內，并且還在其外圍建了一個半徑為3 m的球體，用以表示隔聲罩外至無限遠處的聲場。

由于吸聲材料主要是起吸聲作用，不能作為結構材料承受載荷，也不能作為理想流體傳播聲音。故在建模中，通過設置結構—流體耦合處流體單元的吸聲性能，來模擬泡沫等材料的吸聲特性，而沒有對其進行單元劃分。

根據以上思想建立的聲—結構耦合場分析的幾何模型如圖1所示。

圖1 小型靜音型發電機組聲—結構耦合分析的幾何模型

2 球面聲波的聲壓計算

已知所測發電機組的1/3倍頻程譜的中心頻率（Hz）分別為：31.5 ；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000，其對應的聲功率級（dB(A)）分別為 45.9；54.2；69；75.7；87；92.1；97.7；92.5；81.4。因其測量的是發電機組周圍1m處的聲功率值，而所建的有限元模型中用來模擬該聲源的，是一個半徑為0.3 m的球，因此，應將所給的1m處的聲功率級換算為0.3 m處的球面上的聲壓。

已知聲功率級（dB）的定義公式：

其中w0=10-12w，是基準值。

可知聲功率：

又據公式w=4π·r2I可知，在r=0.3m球面的聲強為：

則該球面上的聲壓為：

由以上所給公式，

當聲波頻率為31.5 Hz時，聲壓p31.5=0.005 450 422 607 44

當聲波頻率為63 Hz時，聲壓p63=0.014 171 968 466 04

當聲波頻率為125 Hz時，聲壓p125=0.077 880 759 351 10

當聲波頻率為250 Hz時，聲壓p250=0.168 434 160 890 56

當聲波頻率為500 Hz時，聲壓p500=0.618 628 860 943 50

當聲波頻率為1000Hz時，聲壓p1000=1.11283346521051

當聲波頻率為2000Hz時，聲壓p2000=2.12046045359354

當聲波頻率為4000Hz時，聲壓p4000=1.16527969064833

當聲波頻率為8000Hz時，聲壓p8000=0.32466104134897

聲級的運算不能直接作代數運算，在實際聲場中，有多個聲源相互作用時，聲級計測得的總聲壓級并不是各個聲源單獨作用時的聲壓級的代數和，而是按能量疊加來得到的總聲壓級。

能量疊加關系為：

則總聲壓級為：

式中：Lp——總聲壓級；

Lpi——各個頻率上的聲壓級分量。

4 聲—結構耦合仿真分析

根據所提供的發電機組的1/3倍頻程譜中心頻率，我們分析了該發電機組在頻率（Hz）為 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000等9個頻率的聲場分布情況，分析中隔聲罩內吸聲材料吸聲系數α=0.5，并且在測量面上選取了12個關鍵節點，分別提取了這些點在各頻率時的聲壓值，并進一步換算成相應的分貝值。

圖2為所選節點的具體位置。

利用ANSYS仿真軟件，對其進行仿真模擬分析得到圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10和圖11 頻率（Hz）分別為 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000 等九個頻率下，距離隔聲罩1m處的聲壓分布云圖。