小型静音型发电机组噪声仿真分析

2010-02-26 10:51李茂青郭立滨

装备制造技术 2010年2期

李茂青，郭立滨，李鹏

（1.重庆通信学院，重庆400035；2.西安通信学院，陕西西安710106）

近年来，随着社会环保呼声的提高，克服噪声污染的问题已经摆上了议事日程，发电机组的噪声，更是人们关注的重点。静音型或者说低噪声发电机组研制，已成为一个新的课题。静音型发电机组的降噪，主要采用加装隔声罩的方式，本文将利用ANSYS仿真软件，对小型静音型发电机组加装隔声罩后的噪声，进行仿真分析。

1 建模

基于静音型发电机组结构、形状、材料、载荷方面的特点，在进行声—结构耦合场分析时，用球面声波模拟机组工作时的噪声。由于声波以球面波传播，无对称性，故建模时必须将整个机组考虑在内，并且还在其外围建了一个半径为3 m的球体，用以表示隔声罩外至无限远处的声场。

由于吸声材料主要是起吸声作用，不能作为结构材料承受载荷，也不能作为理想流体传播声音。故在建模中，通过设置结构—流体耦合处流体单元的吸声性能，来模拟泡沫等材料的吸声特性，而没有对其进行单元划分。

根据以上思想建立的声—结构耦合场分析的几何模型如图1所示。

图1 小型静音型发电机组声—结构耦合分析的几何模型

2 球面声波的声压计算

已知所测发电机组的1/3倍频程谱的中心频率（Hz）分别为：31.5 ；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000，其对应的声功率级（dB(A)）分别为 45.9；54.2；69；75.7；87；92.1；97.7；92.5；81.4。因其测量的是发电机组周围1m处的声功率值，而所建的有限元模型中用来模拟该声源的，是一个半径为0.3 m的球，因此，应将所给的1m处的声功率级换算为0.3 m处的球面上的声压。

已知声功率级（dB）的定义公式：

其中w0=10-12w，是基准值。

可知声功率：

又据公式w=4π·r2I可知，在r=0.3m球面的声强为：

则该球面上的声压为：

由以上所给公式，

当声波频率为31.5 Hz时，声压p31.5=0.005 450 422 607 44

当声波频率为63 Hz时，声压p63=0.014 171 968 466 04

当声波频率为125 Hz时，声压p125=0.077 880 759 351 10

当声波频率为250 Hz时，声压p250=0.168 434 160 890 56

当声波频率为500 Hz时，声压p500=0.618 628 860 943 50

当声波频率为1000Hz时，声压p1000=1.11283346521051

当声波频率为2000Hz时，声压p2000=2.12046045359354

当声波频率为4000Hz时，声压p4000=1.16527969064833

当声波频率为8000Hz时，声压p8000=0.32466104134897

声级的运算不能直接作代数运算，在实际声场中，有多个声源相互作用时，声级计测得的总声压级并不是各个声源单独作用时的声压级的代数和，而是按能量叠加来得到的总声压级。

能量叠加关系为：

则总声压级为：

式中：Lp——总声压级；

Lpi——各个频率上的声压级分量。

4 声—结构耦合仿真分析

根据所提供的发电机组的1/3倍频程谱中心频率，我们分析了该发电机组在频率（Hz）为 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000等9个频率的声场分布情况，分析中隔声罩内吸声材料吸声系数α=0.5，并且在测量面上选取了12个关键节点，分别提取了这些点在各频率时的声压值，并进一步换算成相应的分贝值。

图2为所选节点的具体位置。

利用ANSYS仿真软件，对其进行仿真模拟分析得到图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11 频率（Hz）分别为 31.5；63；125；250；500；1 000；2 000；4 000；8 000 等九个频率下，距离隔声罩1m处的声压分布云图。