環(huán)保工程師及現(xiàn)場管理人員專業(yè)知識培訓(xùn)講義(編輯修改稿)
2025-07-25 01:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ：可燃混合氣體燃燒產(chǎn)生的噪聲，稱為燃燒吼聲。燃燒吼聲強度與燃燒強度成正比，燃燒強度表示單位體積的熱量釋放率，當(dāng)火焰燃燒速度保持不變而火焰體積增大時，則強度降低，燃燒吼聲也降低?！ ?2)振蕩燃燒噪聲：可燃混合氣通過燃燒器燃燒時，由于燃燒氣體的強烈振動而產(chǎn)生的噪聲，稱為振蕩燃燒噪聲，也稱為燃燒激勵脈動噪聲?！ ?3)工業(yè)燃燒系統(tǒng)的噪聲：來自燃燒設(shè)備與燃燒過程的噪聲，如可燃氣及空氣供應(yīng)系統(tǒng)中的風(fēng)機和閥門噪聲，可燃氣與空氣從燃燒器噴嘴噴出的噴射噪聲，以及燃燒爐或燃燒器所在空間的共振聲等，這些噪聲能與燃燒吼聲和脈動噪聲一起合成為燃燒系統(tǒng)的噪聲。復(fù)習(xí)要求： 熟悉聲波在空氣中傳播的基本規(guī)律及衰減特性 了解聲波的吸收、反射、透射及衍射規(guī)律 一、聲波在空氣中的傳播和衰減 聲波方程 聲振動必須滿足三個基本的物理定律，即牛頓第一定律、質(zhì)量守恒定律以及描述壓強、溫度、體積等狀態(tài)參數(shù)的狀態(tài)方程。應(yīng)用這三個定律可以推導(dǎo)出聲波傳播中的連續(xù)性方程、運動方程和物態(tài)方程，并進一步得到波動方程—— 、 和 對時間空間坐標(biāo)的偏微分方程。作如下假設(shè)：①媒質(zhì)為理想流體，即媒質(zhì)中不存在黏滯性，聲波傳播時沒有能量損失。②沒有聲擾動時，媒質(zhì)在宏觀上是靜止的、均勻的，因此媒質(zhì)中靜壓強 、靜態(tài)密度 都是常數(shù)。③聲波傳播時，媒質(zhì)中稠密和稀疏的過程是絕熱的。④假設(shè)是小振幅聲波，即滿足： 聲壓 比大氣壓 要小得多，即 。 質(zhì)點的位移 比波長 要小得多，即 ?！ ≠|(zhì)點振動速度 比聲速 要小得多，即 ?！ 〗橘|(zhì)密度的相對變化要遠遠小于1，即 ?！ ∩鲜黾僭O(shè)稱為理想流體媒質(zhì)小振幅假定?？梢苑謩e推導(dǎo)連續(xù)性方程、運動方程和物態(tài)方程?！ ?1)連續(xù)性方程：是物質(zhì)不滅定律在流體運動描述中的數(shù)學(xué)應(yīng)用。對體積元 ，單位時間流入 的質(zhì)量與流出 的質(zhì)量之差等于該體積元內(nèi)質(zhì)量的變化率。由此可得體積元 在x、y、z方向上質(zhì)量的增量。 并由此得到單位時間 內(nèi)總的質(zhì)量增量的矢量形式如下式， 為拉氏算子?！ ?2)運動方程 運動方程是聲壓對于距離的梯度等于媒質(zhì)密度和質(zhì)點振動速度乘積的負值。在聲場中取一體積元 ，當(dāng)有聲波作用于體積元上，各方向的壓強將發(fā)生變化。設(shè)體積元在靜止時的壓強為 ，密度為 ，聲波產(chǎn)生的瞬時聲壓為 ，因體積元足夠小，可認為作用在各面的壓力均勻。對 方向，利用簡單力學(xué)分析和牛頓第二定律得： 由于是小振幅聲波，其密度的變化可忽略，即 ，可得聲波在 、 、 三個方向產(chǎn)生的加速度分別為： 式中： ——瞬時聲壓，Pa?！ ?、 ——質(zhì)點振動速度 在 、 、 三方向上的分量?！ 】傻玫竭\動方程，式中 為拉普拉斯算符?！ ?3)物態(tài)方程 媒質(zhì)在聲波作用下，引起壓縮、膨脹的交替變化，媒質(zhì)的密度和壓強都發(fā)生了變化，即媒質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生了變化。聲波傳播時，理想狀態(tài)下媒質(zhì)的密度發(fā)生變化，而沒有能量的損耗，即為等熵絕熱過程?！ ∥飸B(tài)方程一般可寫作： 考慮絕熱條件，上式簡化為： 理想狀態(tài)的物態(tài)方程為： (4)波動方程 聯(lián)立理想液體媒質(zhì)中三個基本方程：連續(xù)方程式、運動方程式和物態(tài)方程式，可推出理想液體媒質(zhì)中小振幅傳播的 、 、 中任意變量的波動方程，得到以下三式： 聲壓波動方程： 密度波動方程： 振速波動方程： 波動方程分別反映了聲壓、密度、振速隨時空變化的關(guān)系。式中拉普拉斯算子 在直角坐標(biāo)系中展開為： 推導(dǎo)波動方程時，只是從媒質(zhì)的基本特性出發(fā)，利用牛頓第二定律、物質(zhì)守恒定律和絕熱壓縮方程，并未涉及聲源及聲場的具體情況，因此波動方程只反映聲波在媒質(zhì)傳播過程的一般物理特性。若聲源為長圓柱形，其長度遠大于波長，輻射的波陣面為同軸圓柱面，這種聲波稱為柱面聲波。這時 ，其中 為圓柱長度，柱面波波動方程為： 對于遠場，簡諧柱面聲波有： 柱面波的聲阻抗率在 時，有： 柱面聲波的傳播特性為： ?、僭诶硐虢橘|(zhì)中，聲壓近似與距離的平方根成反比。 ?、诮橘|(zhì)聲阻抗率為復(fù)數(shù)，當(dāng) 很大時，聲抗分量可以忽略?！ 、墼诰嚯x較大時，柱面波的聲強 ，聲強與距離成反比。每單位長度輻射的功率是 ?！ ?4)聲源的指向性 聲源在自由場中向外輻射聲波時，聲壓級隨方向的不同呈現(xiàn)不均勻的屬性，稱為聲源的指向性。聲源指向性常用指向性因數(shù) 或指向性指數(shù) 來表示。指向性因數(shù) 的定義是：聲場中某點的聲強，與同一聲功率聲源在相同距離的同心球面上的聲強之比。指向性因數(shù) 無量綱?！ ∈街校?——任意方向上一定點的聲強， 。 ——通過與該點同心球面上的平均聲強， ?！ ∈街校?——任意方向一定點上某頻率的聲壓，dB。 ——通過與該點同心球面上同一頻率的聲壓，dB?！ ÷曉吹闹赶蛐耘c聲源的大小和輻射波長有關(guān)。當(dāng)聲源小到可視為點聲源大小的程度時，以聲源為中心，聲波以近似球面的形式向外均勻發(fā)散。當(dāng)聲源尺寸遠大于聲波波長時，如聲波以聲束形式，集中向一個方向發(fā)散，則可認為該聲波具有較強的指向性。 聲波的衰減 聲源發(fā)出的噪聲在媒質(zhì)中傳播時發(fā)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象，其聲壓或聲強將隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。這些衰減通常包括聲能隨距離的發(fā)散傳播引起的衰減 、空氣吸收引起的衰減 、地面吸收引起的衰減 、屏障引起的衰減 和氣象條件引起的衰減 等，總衰減量 可表示為： (1)擴散引起的衰減 聲源輻射噪聲時，聲波向四面八方傳播，波陣面隨距離增加而增大，這種由于擴散、聲強隨傳播距離增加而衰減的現(xiàn)象稱擴散衰減?！ 、冱c聲源：點聲源在各向同性的均勻介質(zhì)中傳播時，聲波的形式是以聲源為中心的球面波，在同一半徑的球面上各點聲波的相位相同。這種無指向性的聲波，聲強和聲功率之間存在如下關(guān)系： 位于剛性地面上的聲源產(chǎn)生的聲波，因只能向一半的空間輻射，其接收點的聲強可如下式計算： 常溫時球面聲波擴散衰減的表達式為： 為接收點的聲壓級。 為聲源的聲功率級。 為接收點到中心的距離。 為修正系數(shù)，自由空間 ，半自由空間 ?！ 【嗦曉粗行陌霃椒謩e為 和 的兩點間的擴散衰減用聲壓級差表示為： 如果聲源具有指向性，則聲波的擴散衰減可表示為： ②線聲源：若每單位長線狀聲源的聲功率為 ，在距離聲源為 點上的聲壓 與聲功率的關(guān)系為： ，用聲壓級表示為： ，若聲源無指向性，則 ，
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