噪聲控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1、噪聲控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀 隨著噪聲污染的口趨嚴重，噪聲控制技術(shù)也得到迅速發(fā)展。噪聲控制技術(shù)是聲學理論的應(yīng)用，從初的僅靠試驗改進發(fā)展到當前運用各種技術(shù)進行噪聲預(yù)測、噪聲控制，研究者在噪聲控制方面進行了大量的艱苦而有成效的工作。內(nèi)燃機噪聲是動力設(shè)備噪聲的主要來源，研究者在內(nèi)燃機噪聲機理研究、噪聲源識別技術(shù)、噪聲預(yù)測、噪聲控制等方面進行了大量理論及試驗研究，取得了的成果，積累了許多重要的經(jīng)驗，并推動內(nèi)燃機噪聲控制技術(shù)的不斷發(fā)展 內(nèi)燃機噪聲機理研究:內(nèi)燃機噪聲按激勵源分為機械噪聲、燃燒噪聲和空氣動力噪聲。在內(nèi)燃機的空氣動力噪聲得到有效控制和解決內(nèi)燃機動平衡的情況下，活塞撞擊噪聲、配氣機構(gòu)噪聲、和附

2、件的振動噪聲是機械噪聲主要的噪聲源。一般認為，燃燒噪聲來源于氣缸內(nèi)氣體壓力的變化，包含由氣缸內(nèi)壓力劇變引起的動力載荷和由沖擊波引起氣體的高頻振動。內(nèi)燃機空氣動力噪聲是由氣體的非穩(wěn)定流動以及氣體與物體的相互作用而產(chǎn)生的，主要表現(xiàn)在進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲。進氣噪聲是由進氣門的周期性開、閉而產(chǎn)生的進氣管壓力起伏變化所形成的。主要表現(xiàn)在基頻及諧次進氣噪聲和渦流噪聲。排氣噪聲主要成分有:基頻排氣噪聲、渦流噪聲、管道內(nèi)氣柱共振噪聲、氣缸亥姆霍茲共振噪聲等。風扇噪聲由葉片周期性切割空氣產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)螺聲和葉片周圍氣體產(chǎn)生渦流形成的渦流噪聲組成。對這些噪聲源的形成機理、影響因素、變化規(guī)律等開展的研究，取得了

3、成果，為有針對性的從源頭控制這些噪聲奠定了基礎(chǔ)。 噪聲源識別及分離技術(shù)的發(fā)展:噪聲源識別及分離技術(shù)是進行噪聲控制及預(yù)測的基礎(chǔ)。噪聲識別技術(shù)主要通過試驗的方法實現(xiàn);除了傳統(tǒng)的鉛屏蔽法、近場測量法、聲強法等方法之外，表面振動法、聲全息法等新的方法不斷涌現(xiàn)并已能成熟應(yīng)用。目前，聲強測量作為聲學領(lǐng)域中一種重要的測量技術(shù)，在內(nèi)燃機噪聲識別和控制中得到廣泛的應(yīng)用。而聲全息法可以更地反映物體的特性，且適用面廣，分辨率高，可操作性強，因此，是未來噪聲源識別的重要發(fā)展方向。而在基于試驗及現(xiàn)代信號處理方法的噪聲分離技術(shù)方面，目前研究活躍的領(lǐng)域是燃燒噪聲與活塞敲擊噪聲的分離。研究者提出了傳遞函數(shù)法，濾波法、盲分離法

4、等多種方法，進行研究分析。使用噪聲識別和分離技術(shù)，有助于準確快速的確定內(nèi)燃機的主要噪聲源，更清楚地掌握各種噪聲的性質(zhì)，為降噪提供有效的指導，以便提出更有效地降噪措施。 內(nèi)燃機噪聲預(yù)測技術(shù)的發(fā)展:為節(jié)約產(chǎn)品開發(fā)成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，內(nèi)燃機噪聲預(yù)測技術(shù)得到廣泛關(guān)注和發(fā)展，產(chǎn)生了多種噪聲預(yù)測方法。振動法，是利用結(jié)構(gòu)表面的振動與輻射噪聲之間的關(guān)系對輻射噪聲進行估計。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過對內(nèi)燃機噪聲試驗數(shù)據(jù)的反復(fù)學習，進行內(nèi)燃機噪聲的動態(tài)預(yù)測。數(shù)值解法，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，其中有限元法、邊界元法及統(tǒng)計能量分析得到了較快的發(fā)展與應(yīng)用。這些方法適合于解決內(nèi)燃機周圍空氣的聲學特性預(yù)測問題

5、，能近似地描述內(nèi)燃機在自由空間或在無混響室內(nèi)的聲場分布情況。內(nèi)燃機噪聲預(yù)測技術(shù)的發(fā)展，為縮短開發(fā)周期、提高降噪的效果打下了堅實的基礎(chǔ)，也只有在能進行和快速的噪聲預(yù)測后，低噪聲發(fā)動機才可能由經(jīng)驗設(shè)計進入設(shè)計，由概念設(shè)計進入精細設(shè)計，由定性設(shè)計到定量設(shè)計。 內(nèi)燃機噪聲控制技術(shù)發(fā)展:噪聲傳遞過程可分為聲源、傳播途徑、接受者三個環(huán)節(jié)。相應(yīng)地，噪聲控制采取降低噪聲源噪聲，限制噪聲的傳播途徑的原則。降低噪聲源噪聲，影響噪聲源噪聲的因素較多。在爆發(fā)壓力(功率要求)的情況下，主要圍繞改善部件相對運動條件，減小撞擊、調(diào)整系統(tǒng)剛度、選擇合理的結(jié)構(gòu)、材料等方面，采取一些措施以降低機械噪聲。通過選擇合理的燃燒室結(jié)構(gòu)型

6、式;組織合理的供油規(guī)律;增加進氣壓力和溫度，以達到降低氣缸壓力升高率，從而降低燃燒噪聲。通過改變管道形狀、布置型式及內(nèi)壁面的光潔度，以減小氣體渦流噪聲;通過減小各管之間連接處的斷面突變及內(nèi)腔形式，以減小氣體的共振噪聲。限制傳播途徑:限制噪聲傳播途徑的新方法主要集中在聲學材料的研究和進排氣消聲技術(shù)的研究。聲輻射模態(tài)不但描述了結(jié)構(gòu)的振動特性，還體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)在空間的聲輻射特性。研究內(nèi)燃機的聲輻射模態(tài)，可以有效地在設(shè)計階段降低內(nèi)燃機機體對內(nèi)部激勵力向外部輻射噪聲的能力，是一種很有潛力的噪聲控制方法。目前，聲輻射模態(tài)在內(nèi)燃機降噪中應(yīng)用還處于研究階段，在其他領(lǐng)域已有成功應(yīng)用案例 總之，隨著計算機、數(shù)字處理、

7、新材料等技術(shù)進步，使噪聲控制技術(shù)得到迅速發(fā)展。我國研究人員對于內(nèi)燃機噪聲的控制也展開了深入研究，并已取得很大進展，但無論是從研究的深度還是廣度上來看，與國外都有差距，缺乏系統(tǒng)的、深入的研究，仍有一些技術(shù)不夠成熟，需進一步解決的問題仍然很多。對于開架式汽油發(fā)電機組噪聲控制便是如此，歐盟噪聲法規(guī)實施二階段發(fā)電機組噪聲限值。我國生產(chǎn)的_發(fā)電機組至今沒有能夠有效解決噪聲達標問題，遲滯以通機為動力的發(fā)電機組進入歐洲市場的步伐，成為我國通機行業(yè)及出口歐盟的瓶頸問題。1.2噪聲控制分析基礎(chǔ)1.2.1聲學理論的基本概念2.1.1聲壓 在彈性媒質(zhì)中，物體的機械振動由近及遠的傳播過程稱為聲波。當聲波傳入人耳迫使耳

8、膜作相應(yīng)的振動，便使我們感覺到聲音。我們把聲場(有聲波存在的區(qū)域)中某點在某一瞬時，由靜壓PO改變到壓強P時，所產(chǎn)生的壓強增量稱為該點的瞬時聲壓君，即君-P _P0。聲壓隨時間變化，傳到人耳時，由于耳膜的慣性作用，辨別不出聲壓的起伏，即不是聲壓的大值起作用，而是一個有效聲壓起作用。有效聲壓是一段時間內(nèi)瞬時聲壓的均方根，一丫開下不，式中，君是瞬時聲壓，T是其周期。頻率為1000Hz時，人耳能聽到的聲壓范圍是2x 10-5帕到20帕。 在非自由聲場中，存在著反射聲波，聲場中任一點的聲壓由入射聲波的聲壓和反射聲波的聲壓疊加而成，因此，在聲壓的實際測量當中，應(yīng)盡量接近被測件測量，以減少反射聲壓的影響。

9、1.2.1.2聲功率 聲源在單位時間內(nèi)輻射出的總聲能量稱為聲功率。聲功率是表征聲源特性的重要物理量，它與聲波傳播的距離和環(huán)境無關(guān)。在噪聲監(jiān)測中，聲功率是指聲源總聲功率，即指某臺機器所輻射的總聲功率。聲功率不能直接測量，在自由聲場內(nèi)，由于沒有反射聲波的影響，測量閉合曲面上的聲壓和聲強，都可以求和而得到聲功率。而在一般的測量環(huán)境下，可由聲強測量法計算聲功率。2.1.3聲強聲強的大小與離開聲源的距離有關(guān)，單位時間內(nèi)，聲源輻射的聲能是的，離聲源越遠，聲波輻射聲能的面積越大，因此通過單位面積的能量越小，聲強越小。由上面聲強的定義可知，聲強是一個既有大小又有方向的矢量。由于聲強有方向性，可以指明聲源的位置

10、，因此可以利用聲強識別聲源。由數(shù)學的基本積分理論可知，矢量通過閉合曲面的積分為零，因此可以利用聲強計算聲源向外輻射的能量。取一個包含聲源的封閉曲面，測量曲面上的聲強并求和，由于任何曲面外聲源在該曲面上形成的聲強之和為零，求和結(jié)果只剩下曲面內(nèi)聲源向外輻射的能量，也就是聲源的聲功率。1.2.2理想流體介質(zhì)中的聲波方程 聲振動作為一種宏觀物理現(xiàn)象，應(yīng)滿足物理學基本定律，即牛頓二定律、質(zhì)量守恒定律以及描述壓強、溫度和密度關(guān)系的氣體狀態(tài)方程。運用這些基本定律就可以分別推導出聲波傳播中的運動方程、連續(xù)性方程和物態(tài)方程。為使問題簡化，作如下簡化和假設(shè) (1)介質(zhì)為理想流體，無粘滯性，聲波在其中傳播時沒有能量

11、損失。 (2)沒有聲擾動時，介質(zhì)在宏觀中是靜止的，且介質(zhì)是均勻的，因此介質(zhì)中靜態(tài)壓強和靜態(tài)密度都是常數(shù)。 (3)傳播過程是絕熱過程，與外界不存在熱交換。 (4)聲壓p遠小于介質(zhì)靜壓強ps;質(zhì)點速度遠小于聲速;質(zhì)點位移遠小于聲波波長;介質(zhì)密度增量戶遠小于其靜態(tài)密度戶s，即介質(zhì)的物態(tài)變化是線性的假設(shè)。聲波波動方程的推導與理想氣體中壓力波的波動方程的推導是一樣的。唯一不同就是聲波所引起的壓力波動非常小。 在實際中，上述假定在相當普遍的情況下都是很容易滿足的，因此以下得到的三個基本方程并不失去普遍意義。2.2.1運動方程 運動方程是由牛頓二定律推導而得，即作用于流體微元體上的合力，等于流體微元體的動量

12、變化率。方程為 以開架式_汽油發(fā)電機組作為研究對象，通過對其噪聲源的識別，確定主要噪聲源，針對主要噪聲源進行分析研究，并采取相應(yīng)的改進降噪措施，控制開架式_汽油發(fā)電機組噪聲，同時與企業(yè)合作提高生產(chǎn)企業(yè)的噪聲控制研究水平，并將研究與生產(chǎn)實踐聯(lián)系起來，促進技術(shù)的產(chǎn)品化。 的主要研究工作和內(nèi)容包括: 研究的首要任務(wù)就是開架式_汽油發(fā)電機組的主要噪聲源識別，首先系統(tǒng)研究了現(xiàn)代聲源識別方法中經(jīng)常采用的信號分析法、表面振動法、聲強測量法，頻譜分析法，等方法。對發(fā)電機組噪聲進行系統(tǒng)性的研究，通過聲源識別，確定該機組主要噪聲源為排氣噪聲、進氣噪聲和冷卻風扇噪聲。 然后，結(jié)合聲源識別結(jié)果，將試驗分析與計算機輔助分析相結(jié)合，分別對排氣消聲器、空濾器、冷卻風扇三個部件的結(jié)構(gòu)進行分析優(yōu)化，以降低排氣噪聲、進氣噪聲、風扇冷卻噪聲，同時保證各部件的改進不影響發(fā)電機組的性能和功能。對于消聲器和空濾器，首先通過實驗分析其聲學特征，然后建立消聲器和空濾器的聲學有限元數(shù)學模型，通過SYSNOISE軟件平臺來實現(xiàn)對消聲器的傳遞損失的分析。后，分別對不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的消聲器進行數(shù)值分析，通過對不同的傳遞損失數(shù)值分析結(jié)果的比較，獲得優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計