脉冲法对隔声屏障顶端式样的衍射分析(1).pdf

脉冲法对隔声屏障顶端式样的衍射分析 朱晓天 中国矿业大学建筑系, 江苏 221008 侯秋文 中国矿业大学数力系, 江苏 221008 摘要 介绍了声屏障顶部结构衍射的评价标准和计算方法。 给出了具有 T 型、橄榄型、弧型、L 型等 4 种不同顶端式 样声屏障的衍射声场有限元分析, 以及使用脉冲方法得到的各种顶端式样在隔声屏障铺设吸声材料和不铺设吸声材 料两种情况下插入损失的计算结果。 关键词 隔声屏障 顶端结构 衍射 插入损失 0 引言 随着交通密度的增加和环境质量需求的不断提 高,对隔声障板的隔声性能以及视觉的效果都提出了 新的要求 。继续增加障板高度从声学的角度来讲是 提高障板插入损失有效而又简单的办法 。但高度增 加将引起的风力荷载增加 ,从而对整个基础稳定的要 求提高,以及过高的障板使空间压抑破坏视觉环境, 因而国际上目前通常应用在竖直障板顶端加上一些 简单几何结构 Added device 来增加障板的隔声性 能 [ 1] 。这样主要是加大声波在顶端处的衍射使得声 能更多地耗散掉。长期以来对隔声屏障衍射的计算 都是针对简单薄板来进行的 [ 2- 6] ,而对这种在薄板顶 部加非规则形状的屏障的衍射 ,目前还没有标准的计 算方法 。有限元 、 边界元 、 有限时域差分等数值计算 是解决这种有不规则边界声场问题的主要手段。欧 洲标准委员会 2002 年公布了对这种顶端结构衍射性 能进行实地和实验室测量的标准 prCEN TS1793- 4 [ 7] 。这是一种基于脉冲响应的计算。本文将介绍 根据该标准对几种典型顶部式样进行的衍射数值分 析、 可视化衍射声场的获得以及对顶部结构提供的插 入损失增量的计算 。所采用的脉冲方法对测量环境 有较强的抗干扰能力 ,并能克服直接读取接收点声压 级时读数不稳定的问题。同时 ,方便的数值模拟将对 工程上隔声屏的顶端设计提供一个有力的工具。 1 测量标准 标准 prCEN TS1793 -4 测量的是平板隔声屏加上 顶端结构后衍射的增加量 。在该标准中定义隔声屏 的衍射指数 DI Diffraction Index 即隔声屏的插入损 失 为 DI -10lg ∑ n k 1∫ Δfj |F[ hd,k t wd ,k t ] | 2dfdk di 2 n ∫ Δfj |F[ hi t wi t ] | 2df 1 式中 hi t 无声屏障时获得的自由场脉冲响 应 ; hd, k t 第 k 个测量点 k 1n 处获得 的声屏障衍射脉冲响应 ; di 自由场脉冲响应的几何修正因子 ; dk 第 k 个测量点 k 1 n 处获得的声 屏障衍射脉冲响应的几何修正因子 ; wi i 自由场脉冲响应作富利叶变换所取 的时窗; wd, k t 衍射脉冲响应作富利叶变换所取 的时窗 ; F 快速富利叶变换符号 ; j 1 3 倍频程标识符 100 Hz 到 5 kHz ; Δfj 第 j 个 1 3倍频程带宽 ; n 测量点数。 因研究的是顶端结构对衍射的贡献, 故应用式 1 计算两次即障板加顶端的衍射指数 DIad和不加顶 端结构的衍射指数DIo, 它们的差即为顶端结构增加 的插入损失 。再考虑隔声障板朝声源面铺设吸声材 料的情况, 所以衍射差又分为吸收和反射障板两种情 况即 ΔDIabDIad, ab-DIo, ab - 10lg ∑ n k 1 ∫ Δfj F[ hd, k t wd, k t ] 2df2 d 2 k ,ad, ab ∑ n k 1 ∫ Δfj F[ hd ,k t wd ,k t ] 2df2 d 2 k , o,ab 2 54 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 ΔDIrefDIad,ref-DIo, r ef - 10lg ∑ n k 1∫Δfj F[ hd, k t wd,k t ] 2df2 d 2 k , ad ,ref ∑ n k 1 ∫ Δfj F[ hd ,k t wd, k t ] 2df2 d 2 k ,o, ref 3 式 2 , 3 分别表示了隔声障板有无吸声面时顶端结 构本身的衍射特性。 测量时声源以及传声器位置的布置如图 1,其中 S1, S2 ,S3 为扬声器位置, M1～ M6 为传声器位置。 S1, M1～ M4 为必测点 , S2, S3, M5, M6 为选测点。 隔声障板高度为 3～ 4 m。 图 1 声源、顶端结构、接收点位置示意 2 几种顶端式样的衍射分析 2. 1 可视化衍射场 图2～ 6 给出了 T 型 、橄榄型、弧型、L 型等有顶 端屏障和无顶端屏障在某一时刻的衍射声场。从这 些两维无限声场的有限元分析中可清晰地看出顶端 结构和障板的衍射、反射以及地面的反射等声学现 象。障板高度为 4 m ,顶端结构在 x 方向上的最大伸 长为 0. 8 m 。在吸声情况下, 障板朝声源一面铺吸声 系数为0. 7 的强吸声材料 。 图 2 T 型顶端结构吸收屏在 F250 Hz 时的衍射声场 2. 2 顶端结构插入损失的计算 实际计算时声源高度为 3. 5 m 距屏障 2 m ,传声 器距屏障 2 m 各点高度分别为 M1 4. 75 m , M2 4. 5 m , M3 4 m , M43. 5 m 。声源所用测试信号为 可调制高斯脉冲 ,调制宽度为 1 个倍频程带宽。测量 范围为 125Hz到 2 kHz 共 5个倍频程。快速富利叶变 换时窗取海明窗。图 7给出的是T 形顶有吸声障板在 倍频程中心频率为1 kHz 时 M1～ M4 4 个接收点测得 的脉冲响应。图8是各点脉冲响应的线性富利叶变换。 图 3 橄榄型顶端结构反射屏在 F1 000 Hz 时的衍射声场 图 4 弧型顶端结构反射屏在 F500 Hz 时的衍射声场 图 5 L 型顶端结构吸收屏在 F125 Hz 时的衍射声场 图 6 无顶端结构吸收屏在 F125 Hz 时的衍射声场 图 7 T 型有吸收障板 F 1 kHz 时 M1～ M4处传声器测得的脉冲响应 对该情况下的顶端结构插入损失计算步骤为 按 照式 2 对各倍频程中心频率点所得到的富利叶变换 做积分,然后再对各测量点求和则得到式 2 的分子 55 环 境 工 程 2006年 6 月第24 卷第3 期 图 8 T 型有吸收障板 F1 kHz 时接收点 脉冲响应的线性富利叶变换 部分 。同理须再将无顶端结构有吸收障板作脉冲响 应测量 、 富利叶变换 、积分 、求和可得式 2 的分母部 分。将分子分母带入式 2 即可算得该形状顶端结构 的插入损失。表 1 给出的是 4 种顶端结构在隔声障 板有无吸声 8 种情况下的插入损失的计算。从表 1 中看出,平板隔声屏加上顶端结构后能够增加约 3～ 6 dB A 的插入损失 。障板铺设吸声材料能提高约 1 dB A 。橄榄和弧型式样有着较大的插入损失, 但 弧形顶高度较高会带来较大的风阻 ,因此橄榄型式样 不管是隔声性能上还是外观上都较为理想。 表 1 4 种顶端式样的插入损失 顶端式样插入损失 dB A T 型顶吸收障板4 . 7 橄榄型顶吸收障板5 . 6 弧型顶吸收障板5 . 5 L 型顶吸收障板4 . 4 T 型顶反射障板2 . 7 橄榄型顶反射障板4 . 9 弧型顶反射障板5 . 3 L 型顶反射障板3 . 4 3 讨论 由于计算时间的原因 ,声场模型和计算点数都作 了一些简化 。本工作是将声屏障作为无限长 ,因此采 用了两维的计算模型 。在三维模型中应考虑至少长 度为 10 m 的屏障, 同时还应计算斜向接收和屏障的 边缘几何修正。另外在频域上计算点也只取了倍频 程中心频率而不是 1 3 倍频程中心频率。频率上限 也降到了 2 kHz。模型向三维的扩展以及实验室测量 的工作正在进行, 完整的测试将使分析精度进一步 提高 。 参考文献 [ 1] Shinichi S, Hideki T , FDTD analysis of diffraction over various types of noise barriers, Proc. of ICA 2004Mo . 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All checking indicators for the disposed gas are prior to the local environmental criteria. Keywords oil-fired boiler, urea, additive, FGD and denitrification EXPLORATION OF DENTRIFYING ADSORBENT MADE FROM FLY ASH Tang Bing Li Jian Wang Yanlei et al 45 Abstract Itwas discussed the efficiency to remove NOxby an adsorbent made from fly -ash, silicates and alkali etc. It was also discussed the effect of chlorides on the activity of this adsorbent. Keywords NOx, adsorption and fly -ash STUDY ON ELECTRICAL FIELD CHARACTERISTICS OF ELECTROSTATIC PRECIPITATOR BY MEANS OF NUMERICAL ANALYSES AND EXPERIMENT Dang Xiaoqing Li Wei Yang Xuelian et al 47 Abstract Numerical analyzing is an important to research the electric field characteristics of electrostatic precipitator. It is help to design combinations of discharge electrodeswith collecting plates and to improve the level of power controlling. On the basis of the experiment, the mathematic model of corona electric field is built. Finite element-finite difference is used to compute electric field of RS discharge electrode. The calculated results are basically agreedwith the results of experiment. Keywords electrostatic precipitator, RS discharge electrode, numerical analyses and finite -element THE STUDY ON NOISE BARRIER BUILT BETWEEN TWO PATHS TO CONTROL THE RAILWAY TRAFFIC NOISELiu Xiujuan Jiang Weikang 51 Abstract The insertion loss of the noise barrier built between the two pathsof the sixth track-traffic in Shanghai is calculated by the software SOUNDPLAN, which is used for predicting and analyzing noise environment. The calculated results indicate that the noise barrier built between paths can make the sound pressure level at the distance of 20～ 30 m decrease by 2～ 4. 7 dB. As the height of the noise barriers installed along both sides increases, the incidence of the noise barrier built between paths will reduce. The nearer the building is away from railway, the bigger the insertion loss of the noise barrier built between paths becomes. Keywords railway traffic, noise barrier, insertion loss DIFFRACTION ANALYSIS OF “ ADDED DEVICE” OF NOISE BARRIER USING IMPULSE Zhu Xiaotian Hou Qiuwen 54 Abstract The uation standard and testing for “ added device” of a noise barrier were introduced. Four barriers with different added device were studied and the diffraction fields were visualized using finite element analysis. The insertion losses of four added devices installing on the barrierswith and without absorbent material were calculated and compared. Keywords noise barrier, added device, diffraction and insertion loss NOISE CONTROL OF VIBRATING SCREENLuo Jun Wang Yimin 57 Abstract In allusion to noise pollutions caused by the vibrating screen, by considering specific requests of worker operators and scientific design, several effective measuresfor noise reduction and practical new technology were adopted according to situation and process flow of vibrating screen, so the noise pollutions of vibrating screen were under control effectively . Keywords vibrating screen, noise and control RESEARCH ON SWELLING GRANULAR PLUGGING AGENT OF OILY SLUDGE Li Ruili Liu Guoliang Zhao Zhenxing et al 59 Abstract The technology of manufacturing a granular plugging agent by oily sludge is studied. The tests show that on conditions of 20 monomer concentration, 14 oil content of dry sludge, sludge 110 of monomer mass, gellant0. 14 of monomer mass, and reaction temperature35℃, the polymerization product with good property can be got. A suitable amount of drag reducer shall be added in the process of pelletizing. The expansion of the granular plugging agent in tap water and the solution with 0. 5NaCl is 40 and 15 times respectively. Keywords oily sludge, swelling granular plugging agent and reuse of resources 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24,No. 3, Jun. , 2006