Page 165 - 《应用声学》2021年第3期

第 40 卷 第 3 期 胡静竹等： 散热片对变压器声辐射的影响及优化分析 483

2.2 散热片对声场贡献实测分析 进行频率响应分析来分析散热片对变压器声场的
以 1/3 倍频程形式测量得到油箱和散热片在 影响。
25 ∼ 2500 Hz 频带范围内的表面振动加速度数据。 (mSs -2 )
油箱正面与散热片振动加速度测点位置如图 4 所 9.57T10 -5
8.63T10 -5
示，油箱正面中间测点与正面最右侧散热片中间测 7.68T10 -5
点的振动加速度随频率的变化如图5所示。 6.73T10 -5
5.78T10 -5
由图 5 可观察到，加速度的峰值主要集中在 4.83T10 -5
100 Hz、200 Hz 和 300 Hz，散热片振动加速度比油 3.88T10 -5
2.93T10 -5
箱本体正面加速度还要大，可知散热片对声辐射的 1.98T10 -5
贡献有不可忽略的影响。 1.04T10 -5
8.69T10 -7
(a) 100 Hz
13.4 cm
(mSs -2 -5 )
10 cm 12 cm 9.18T10 -5
8.27T10
7.35T10
-5
6.43T10 -5
5.52T10 -5
4.60T10 -5
3.68T10 -5
ஙབྷྟ
2.77T10 -5
(a) ෴ኸ൤᭧ (b) ஙབྷྟ 1.85T10 -5
9.33T10 -6
图 4 油箱正面和散热片测点布置示意图 1.62T10 -7
Fig. 4 The arrangement of the measuring points (b) 200 Hz
on the front of box and the fin
图 6 油箱表面加速度云图

10 -4 Fig. 6 Acceleration contour of the box
෴ኸ൤᭧
ஙབྷྟ 2.3 模态分析中散热片对声场的贡献
10 -5 本文利用有限元对箱体填充了流体单元，对箱
ҫᤴए/(m·s -2 ) 10 -6 体在流固耦合下进行了模态分析。流固耦合系统的

有限元方程为
10 -7  M 0   ¨ x   K R   x 




  +   = 0,
 ¨ p   p 
−ρR M f 0 K f
10 -8
20 31.5 63 125 250 500 1000 2500 (5)
ᮠဋ/Hz
其中，M、K 分别为固体质量矩阵和固体刚度矩阵，
图 5 油箱正面和散热片测点振动加速度
M f 、K f 分别为流体质量矩阵和流体刚度矩阵，R
Fig. 5 The vibration acceleration of the measur-
为流固面上的耦合矩阵，p 为流体压强，x 为位移向
ing points on the front of box and the fin
量，ρ为流体介质密度。模态分析可以求出考虑变压
图 6 给出加速度值较大的 100 Hz 和 200 Hz 频 器油耦合作用的变压器表面结构固有频率和振型。
率下的油箱表面加速度云图，从图 6 中观察到，油箱 表2是油箱有无散热片两种构型在有无填充变
加速度幅值最大的位置一般在油箱的中下方或者 压器油模态分析得到的前10阶固有频率，由计算结
两侧，对照图 2 的结构有限元模型，这两个位置对应 果可以看到考虑变压器油时结构固有频率会更低
散热片与油箱连接处的末端和没有散热片连接的 一点，油箱有无散热片两种构型的固有频率完全不
油箱两侧，表明散热片会对油箱的振动方式产生影 同，有散热片油箱的固有频率远大于没有散热片的。
响。为探讨散热片对声场影响的振动效应、声源效 图7是两种构型含变压器油模态分析得到的第
应和声障效应，下面将通过模态分析和施加单位力 三阶振型，从图 7 可以看到，两种构型的振型也是不