船舶空调通风管路噪声经验预报方法.pdf
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1、第45卷第2 3期2023年1 2 月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.23Dec.,2023船舶空调通风管路噪声经验预报方法许斐(上海船舶研究设计院,上海2 0 1 2 0 3)摘要:船舶空调通风管路系统的噪声作为舱室内的主要噪声源,一直以来都受到广泛关注。本文根据声源、管路元件以及目标舱室的顺序依次分析计算,提出一种船舶空调通风管路系统的噪声经验预报方法。该方法把管路中各元件产生的气流再生噪声和噪声衰减量按经验公式分别求解,然后按照元件在管路中的布置顺序,得到管路末端声功率级,最后在目标舱室结合统计房间声学计算得到总声压级。该方法的特点是可以
2、在设计初期对目标舱室内空调通风管路系统产生的噪声进行快速预报,无需管路元件的详细参数以及复杂的建模过程。通过计算某型集装箱船的典型房间内噪声声压级,验证了该方法的工程实用价值。关键词:空调通风系统;管路噪声;经验预报;集装箱船中图分类号:U661.44文章编号:1 6 7 2-7 6 49(2 0 2 3)2 3-0 0 56-0 6Prediction of ship HVAC noise based on empirical method(Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute,Shanghai 201203,China)A
3、bstract:HVAC noise as the main noise source for ship cabin has been attracting widespread attention.HVAC noiseprediction is advanced according to the analysis and calculation in order of noise source,duct components and target cabin.Flow noise and sound attenuation in HVAC duct systems are calculate
4、d respectively according to empirical formula.Then,sound power levels in duct terminal are calculated according to subsequence of components.Finally,total sound pressurelevels in target cabin are combined logarithmically with statistical room acoustics.The noise prediction for this method canbe used
5、 in initial design stage without specific details and complicated modeling of the duct components.The typical HVACnoise pressure levels of a container vessel are computed,which validate the engineering practicability of this method.Key words:HVAC;duct noise;empirical method;container vessel0引言船舶的空调通
6、风管路系统因靠近上层建筑中的舱室,如其产生的噪声过大会严重影响船员和旅客的舒适性及身心健康。国际海事组织已经对这些区域的噪声水平做了强制的限值要求。因此,在设计初期对船舶空调通风管路系统的噪声水平进行预报及控制,对船舶的设计具有重要意义。许冬 2 使用Fluent对通气管路模型内部流场进行瞬态计算,并使用Virtual.Lab软件进行声学有限元计算,得到管路气动噪声规律及更加优化的船舶管路形式。武耀 3利用Ansys对典型船舶舱室结构建模,并使用Virtual.Lab软件进行声学计算分析,对空调引起的船舶舱室噪声预报方法及声学设计方法开展研究。魏杰证等 4 使用Nastran、Fl u e n
7、 t 以及Virtual.Lab软件探讨了船舶典型通气管路噪声频谱特性和不同流速下的变化规律,并开展了扩张管降噪技术研究。柴凯等 5收稿日期:2 0 2 2 1 1-0 4作者简介:许斐(1 9 8 5),男,硕士,高级工程师,研究方向为船舶振动噪声。文献标识码:AXUFei通过Abaqus软件仿真得到挠性接管和弯管对管路系统的影响规律并开展管路系统低噪声设计试验。以上这些研究主要集中在利用有限元、边界元及计算流体力学等数值方法对一些简单的管路部件进行研究,计算成本高,且只能在有详细设计参数和计算模型后才能进行预报,不适用于船舶大量舱室的管路噪声计算。因此,缺少一种能够对全船空调通风管路系统进
8、行前期、快速预报的流程和方法。本文根据噪声源、管路元件以及目标舱室的顺序依次分析计算,提出一种船舶空调通风管路系统的噪声经验预报方法。该方法把管路中各元件产生的气流再生噪声和噪声衰减量按经验公式分别求解,然后按照元件在管路中的排列顺序,得到管路终端声功率级,最后在目标舱室结合统计房间声学 6-7 计算得到总声压级。该方法可在设计初期对目标舱室内空调通风管路系统产生的噪声进行快速预报,无需复杂的建模,可以节省计算成本。doi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.23.010第45卷1基本原理本文方法的基本原理如图1所示。房间常数管路元件再生噪声元件叠加噪声源声功率Fig.
9、1 Schematic diagram of HVAC noise prediction1)通过经验公式或者设备厂商得到噪声源设备产生的气动噪声声功率级Lw;2)通过经验公式得到空调通风管路系统中,各元件再生噪声声功率级Lw和噪声衰减量Lw;按照各元件在管路中的顺序依次计算得到管路终端声功率级;3)最后在目标舱室,结合房间常数R将声功率级转化为接受点处的声压级,并和其他声源引起的声压级进行能量叠加得到房间内总声压级L,或LpA。2计算公式2.1噪声源强度计算声源的噪声级频谱最好采用设备厂商提供的实测数据,在厂商无法提供实测数据的情况下,可根据文献8 或文献9-10 中的方法进行估算。船舶空调通
10、风管路系统中设备产生的气动噪声用声功率级Lw表示。2.2管路元件再生噪声和衰减量计算船舶空调通风管路系统中,除了声源设备产生的噪声外,管路中的元件也会产生气流再生噪声,这部分噪声也会影响最终管路出口所在位置或者房间的声压级。另外,噪声通过这些元件时也会有不同程度的衰减,噪声衰减的大小和元件的类型及参数有关。下面给出船舶空调通风管路系统中,常见元件再生噪声声功率级Lw和衰减量Lw估算的经验公式。2.2.1直管直管的气流再生噪声声功率级Lw与直管的长度无类型尺寸/m0.10.20.2 0.4矩形0.40.80.810.10.20.2 0.4圆形0.40.80.81许斐:船舶空调通风管路噪声经验预报
11、方法目标管路引起的声压级管路终端声功率一测点位置管路元件衰减量图1管路噪声预报原理图Tab.1 Level reduction coefficient of straight air ducts倍频带衰减系数B/dBm631250.60.6(3.5)0.60.6(1.5)0.60.6(1)0.450.3(0.5)0.10.1(4.5)0.050.1(2.5)0.1(1)(0.5)57.关,而与管路中气体的流速v以及管路的横截面积S有关,可按下式估算l:Lw=7+50lgv+10lgS+Lo c t o式中:v为直管中气体的流速,m/s;S为管路的截面总声积,m;Lo c t 为各倍频带修正值,
12、dB。压级其他声源引起的声压级表1直管段衰减系数2505000.45(3)0.3(8.5)0.45(1.5)0.3(6)0.3(2)0.15(3.5)0.15(1.5)0.1(4)0.15(4)0.15(11)0.1(2)0.15(7)0.1(1.5)0.15(5)-(1.5)0.05(3.5)(1)Lo c t =-2-2 6 1g(1.14+0.0 2(2)V式中,Jm为各倍频带中心频率,Hz。直管段的噪声衰减量Lw和直管的长度有关,可按下式估算9 :ALw=l。式中:1为直管的长度,m;为直管单位长度的衰减系数,dB/m,与管道截面形状、面积以及管中有无吸声材料有关,可从表1中查到(表中
13、括号里的数值为管路内壁贴敷面密度为40 8 0 kg/m,厚度为2 5mm矿物棉后的衰减系数)。2.2.2弯头和分支弯头或分支的气流再生噪声声功率级Lw可按照下式估算叫:Lw=Lw+101gAf+30lgda+50lgVa+K。式中:Af为各倍频程带宽,Hz;d a 为弯头或分支的直径,m;v a 为分支或者弯头中气体的流速,m/s;Lw 和K分别为标准声功率级和修正值,dB。Lw*=12-21.5(g,.268+(32+131g S,)g(vh/va),K=13.9(3.43-1gSt)(0.15-r/da)。式中:vh为分支主管中气体的流速,m/s;St 为Strouhal数,St=fm*
14、da/va;Jm为各倍频带中心频率,Hz;r 为弯头或者分支管路相接处的倒圆角半径,m。对于直角弯头,其噪声衰减量Lw查表2 111 得到。10000.3(16.5)0.2(15)0.15(8)0.05(7.5)0.3(16.5)0.2(15.5)0.3(12)0.05(7.5)(3)(4)(5)(6)2.00040000.3(18)0.3(15.5)0.2(10)0.2(7)0.15(4.5)0.15(3)0.05(4)0.05(2)0.3(19)0.3(17.5)0.2(15)0.2(10)0.3(7)0.3(4.5)0.05(4)0.05(2.5)58倍频程中心频率fm/Hz直角弯头,无
15、内衬直角弯头,弯头前、后均有内衬直角弯头,弯头前或后有内衬直角弯头带倒圆角,无内衬分支的噪声衰减量Lw与分支管截面积和总截面积的比值有关,可按照下式估算8 :ALw=101g|1/Zs.小i=1式中:Si为分支支管的截面积,m;S,为第i根分支支管的截面积,m;n 为分支的数量。2.2.3变径管变径管气流再生噪声声功率级L可按照下式估算:Lw=A+BlgV-3K。(8)式中:v为变径管中气体的流速,m/s;A、B分别为和频率有关的系数,dB,可由表3查到;K为与变径角度有关的修正值,可由表4得到。表3系数A、BTab.3Coefficient A、B倍频带中心频率fm/Hz系数/dB63A47
16、.2B27.3修正值/dB020214041505158 59636468 6973 74808190K98变径管的噪声衰减量L可通过下式进行估算13:Lw=10 1g(9)式中:r=Sj/S2为变径管截面比值;Si为入口截面积,m;S2 为出口截面积,m。如果人口管和出口管截面不是这种突变情况,而是平稳过渡,即有一定斜度,且过渡段的长度相对波长来说比较长,则这种截面过渡的噪声衰减量可忽略不计。舰船科学技术表2 弯头噪声衰减量ALWTab.2 Level reduction Lw o f v a r i o u s 9 0 b e n d s6312537310281212525048.652
17、.822.915.2表4修正值KTab.4 Correction K变径管圆锥角度/76(r+1)2)4r第45卷噪声衰减量LdB25050063101468332.2.4消声器消声器作为管路中降噪的主要元件,其气流再生噪声声功率级Lw以及噪声衰减量Lw一般可从消声器的生产厂商得到。对于空调通风管路系统中常用的阻(7)性消声器的气流再生噪声可按照下式估算:Lw=96.51g v-20.41g Apt-19.7+Lo c t +K。式中:v为消声器中气体的流速,m/s;4p t 为气流通过消声器前后的压力差,Pa;Lo c t 为各倍频带修正量,dB;K 为与消声器直径以及流速有关的修正值,dB
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