Page 164 - 《应用声学》2021年第3期

482 2021 年 5 月

2
辐射表面声功率与 S⟨v ⟩ 成正比， 式 (2) 中 参数如表 1 所示。油箱、散热片及散热片连接柱的
n
2
2
(S⟨v ⟩) fin 是关于散热片的，(S⟨v ⟩) box 是关于油 材料都为钢材，弹性模量为 2.1 GPa，泊松比为 0.3，
n
n
2
3
箱壁的。S 是辐射面积，而 ⟨v ⟩ 是振动表面的法向 密度为7850 kg/m 。油箱和散热片均采用四边形壳
n
均方速度，定义为 单元 shell63 进行模拟，连接柱选用梁单元 beam188
∫
1 进行模拟。变压器油箱内部浸满变压器油，需要考
⟨ 2 ⟩ 2
¯ v = |v n | dS. (3)
n
2S 0 虑变压器油流体与油箱结构固体之间的相互耦合
S
该准则将散热片的振动声功率与油箱壁的进 作用，选用 fluid30 单元模拟变压器油，设定变压器
行比较，E 1 值越高，散热片声源效应越明显。为了 油的密度为895 kg/m ，声速为 1390 m/s。
3
更直观地了解散热片声源效应对整个结构的贡献，
表 1 散热片参数
本文提出一个新的指标：
Table 1 The parameters of fins
( ⟨ 2 ⟩)
S v n
E 2 = fin , (4)
2
(S ⟨v ⟩) s 散热片 左、右 正、背
n
式 (4) 中，(S⟨v ⟩) s 是关于整个变压器结构的，准则 高/mm 450 450
2
n
将散热片的振动声功率与整个结构进行比较。能量 宽/mm 160 230
指标E 2 与E 1 一样只需知道结构的几何形状和振动 厚/mm 1.2 1.2
特点，不需要关于结构声学特性的任何信息，同时 垂直方向总长/mm 300 595
E 2 的数值范围是 0 到 1，越接近 1 表示散热片声功 距离顶部/mm 60 60
率对声场的贡献越大，从而不会像E 1 存在大于1 或 距左侧/mm 50 75
是更大的数值，方便直观的比较。 距右侧/mm 50 70
片数 8 15
2 散热片对变压器声辐射影响的数值分析
为了得到相关性系数coh，场点声压p的计算共
2.1 变压器表面结构 设计了 672 个场点，如图 3 所示，散热片位置处的场
进行有限元建模时，综合考虑计算精度和模型 点比较密，主要在两个散热片之间，四周场点相对稀
计算，对油箱模型做了简化，忽略油箱上的孔，将油 疏，场点间距为0.1 m。
箱视为厚度均匀的封闭箱体 [20] 。同时去掉油箱上
的固定支座，由于实验时油箱通过木板放置在地上，
将固定约束直接施加在油箱底部的有限元节点上。 ங
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简化后的有限元模型如图2所示。 ྟ

0.1 m
(a) ࣱ᭧ڏ

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Z ෴ኸ
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X
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图 2 有限元分析模型
Fig. 2 Finite element analysis model

变压器油箱长740 mm，宽400 mm，高640 mm， (b) ቡʹڏ
厚 4 mm，散热片连接柱横截面是 1 mm×1 mm 的 图 3 声压计算场点分布图
矩形。表面分布大量垂直于油箱的散热片，其对应 Fig. 3 Acoustic pressure field points