一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于声学测量领域，尤其涉及一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法。
【背景技术】
[0002]水下充水管道的辐射噪声由两部分组成:一是充水管道内的水在流动时，遇到管道结构形状的改变(如弯头、管道截面积变化时)，因为水流与管道结构形状的相互作用而产生辐射噪声;若管壁的绝对粗糙度过大，当水快速流过时，也会激励管壁，产生辐射噪声；当作为射流源的水栗也会因为自身的巨大振动传递至水下的充水管道，从而产生辐射噪声;这类噪声都是因管壁振动而产生的，称为管壁辐射噪声;二是由于充水管道中的水从管内喷出时，因与静止的水之间急剧掺混，两者相互作用，产生辐射噪声，这类噪声是因水下射流而产生的，称为射流噪声；因此，在利用混响法开展充水管道辐射噪声测试时，由水听器采集的声信号中，这两种噪声是混合叠加在一起的，这为评价充水管道的管壁辐射噪声带来了困难。
[0003]专利CN101368845A涉及排水噪声检测室及其检测方法，能够对多种管件和管材的噪声进行测试对比，为开发低噪声排水管材管件提供了测试平台。该专利针对是的空气中的排水管道在排水时的噪声检测，只涉及了由于水流激励管壁产生的在空气中传播的噪声，没有涉及到水流出管口时，因水流跟空气掺混而产生的射流噪声。
[0004]专利CN104132727A提出的是一种高层/超高层建筑排水管道噪声测试系统及测试方法，为各管材在实际高层建筑排水的噪声性能提供可靠的参考测试数据。该专利涉及排水管内有水流流动时，激励管壁形成的在空气中传播的噪声，由于测试系统是一个循环的管道系统，不涉及水流从管口流出时产生的射流噪声。
[0005]在空气中进行的排水管道辐射噪声测试，不必考虑空气介质与管道的相互作用，即管道与空气介质的耦合，但在水下则必须考虑管道与水介质的相互作用，例如钢管的特性阻抗比水的特性阻抗仅大30倍，聚氯乙烯塑料硬质管的特性阻抗比水的特性阻抗仅大5倍，由于空气和水介质的声学特性阻抗相差近3500倍，因此，空气中的排水管道测试系统和测试方法并不适合应用于水下的充水管道辐射噪声的评价。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种计算方法简单的，计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法。
[0007]—种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，利用混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，减去利用混响法测量得到充水管道只产生射流噪声，从而得到水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声。
[0008]本发明一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，还可以包括:
[0009]1、利用混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的具体过程为:
[0010]步骤S10:记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱，值记为dBlO;
[0011 ]步骤S20:充水管道浸没于非消声水池，管口对准非消声水池的池底，由混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的声压功率谱，值记为dB20;
[0012]步骤S30:保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池的充水管道位置处，由混响法得到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB30，以及非消声水池的混响时间，值记为TO ；
[0013]步骤S40:利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱，结合S30中的声压功率谱dB30和混响时间T0，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S20中的声压功率谱进行修正，得到充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声的自由场等效声压级dBl及辐射声功率dBWl。
[0014]2、利用混响法测量得到充水管道只产生射流噪声的具体过程为:
[0015]步骤Sll:记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱，值记为dBll;
[0016]步骤S21:将充水管道放置在非消声水池的水面，在管身安装减振箱、管口安装管口夹具和障板后，充水管道的管口和障板的上表面刚刚浸没于水面，由混响法测量得到此时充水管道只产生射流噪声的声压功率谱，值记为dB21;
[0017]步骤S31:保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池中，由混响法得到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB31，以及非消声水池的混响时间，值记为Tl;
[0018]步骤S41:利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱数据，结合S31中的声压功率谱数据dB31和混响时间数据Tl，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S21中的声压功率谱数据进行修正，得到充水管道因射流而产生的噪声的自由场等效声压级dB2及辐射声功率dBW2。
[0019]3、水管道由管壁振动产生的辐射噪声的自由场等效声压级dB3和辐射声功率dBW3，其值分别为 dB2-dBl 和 dBW2-dBWl。
[0020]有益效果:
[0021]本发明的一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法的有益之处是利用水下充水管道由管壁振动产生辐射噪声的机理与充水管道因射流而产生辐射噪声的机理不同而开展的:水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声是管道内部水流受到阻碍激励管壁或水栗振动传递到管壁等振动而产生的;充水管道因射流而产生的辐射噪声是管道内喷出的水流急剧掺混静水而产生的，属于湍流噪声；因此，充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和充水管道因射流而产生的辐射噪声是两种相互独立的辐射噪声，两种辐射噪声是不相干的，这使得水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和充水管道的射流噪声是可以相加的；
[0022]本发明采用将充水管道的管口放置在水面进行充水管道只产生射流噪声的测量，因为水面是绝对软的声学边界，使得管口的辐射阻抗变小，减弱了管口与水之间的耦合，进一步降低了管口的声辐射能力，由于射流噪声产生最大的位置是距离管口轴心线上7-8倍的管直径处，因此将管口放置在水面附近不对射流噪声造成损失;利用减振箱、管口夹具和障板抑制了管壁的振动和管口涡流，从而得到充水管道只产生的射流噪声；
[0023]本发明通过在同一个非消声水池利用混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，减去混响法测量的当对充水管道的管壁进行减振和抑制管口涡流后只产生的射流噪声，从而得到水下充水管道由管壁振动产生的辐射噪声。
【附图说明】
[0024]图1为混响法测量充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声时，充水管道在非消声水池的放置示意图；
[0025]图2为混响法测量充水管道只产生射流噪声时，充水管道在非消声水池的放置示意图；
[0026]图3为混响法测量充水管道只产生射流噪声时，对充水管道采用的抑制管壁振动和管口涡流装置的示意图；
[0027]图4为混响法测量充水管道只产生射流噪声时，对充水管道采用的抑制管壁振动的减振箱结构俯视图；
[0028]图5为混响法测量充水管道只射流噪声时，对充水管道采用的抑制充水管道管口涡流的管口夹具和障板结构俯视图；
[0029]图6为混响法测量充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声任务中的步骤流程图；
[0030]图7为混响法测量充水管道只产生射流噪声任务中的步骤流程图；
[0031]图8为本实施例中，由混响法测量的充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的自由场等效声压级图；
[0032]图9为本实施例中，由混响法测量的充水管道只产生射流噪声的自由场等效声压级图；
[0033]图10为本实施例中，利用本发明的计算方法得到的充水管道由管壁振动产生辐射噪声的自由场等效声压级图。
【具体实施方式】
[0034]下面将结合附图1?附图10对本发明做进一步详细说明。
[0035]本发明的目的是提供一种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，能够在混响法进行的水下充水管道辐射噪声测试中，为评价充水管道由管壁振动产生的辐射噪声提供一种计算方法。
[0036]—种计算混响法中充水管道由管壁产生辐射噪声的方法，基于在非消声水池采用混响法开展的充水管道辐射噪声测试的基础上，包括混响法测量的充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声，混响法测量的充水管道只产生射流噪声两大任务；
[0037]所述混响法测量的充水管道由管壁振动产生辐射噪声和射流噪声的任务，包括以下步骤:
[0038]步骤S10:非消声水池背景噪声的测量，记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱，值记为dBlO;
[0039]步骤S20:充水管道浸没于非消声水池，管口对准非消声水池的池底，由混响法测量得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的声压功率谱，值记为dB20;
[0040]步骤S30:保持充水管道的状态不变，将一发射换能器吊放至非消声水池的充水管道位置处，由混响法得到此时发射换能器辐射噪声的声压功率谱，值记为dB30;同时，测量非消声水池的混响时间，值记为TO ；
[0041]步骤S40:利用发射换能器自由场条件下的声压功率谱，结合S30中的声压功率谱dB30和混响时间T0，得到非消声水池的房间常数，利用该房间常数分频段对步骤S20中的声压功率谱进行修正，得到充水管道由管壁振动产生的辐射噪声和射流噪声的自由场等效声压级dBl及辐射声功率dBWl;
[0042 ]所述混响法测量的充水管道只产生射流噪声的任务，包括以下步骤:
[0043]步骤Sll:非消声水池的背景噪声测量，记录非消声水池由背景噪声产生的声压功率谱，值记为dBl I;
[0044]步骤S21:将充水管道放置在非消声水池的水面，在管身安装减振箱、管口安装管口夹具和障板后，充水管道的管口和障板的上表面刚刚浸没于水面，由