Page 47 - 《应用声学》2023年第2期

第 42 卷 第 2 期 李坤炬等： 基于有限元抛物方程混合模型的气泡幕降噪效果研究 235

500
-8.8
400
-8.9
300
஝᧚ -9.0
200
-9.1
100
-9.2
0
0 2 4 6 8
20.0 20.2 20.4
ඡจӧय़/mm
(a) Պӧय़ඡจ஝᧚Ѭ࣋ڏ (b) ඡจӧय़ኀՌ෽౛Ѭ࣋ᄊඡจ࣫थവፇ౧
图 13 气泡大小随机分布的气泡幕模型示例
Fig. 13 Example of bubble curtain model with random bubble size distribution

40 40 40

30 30 30

ᬌ٪᧚/dB 20 ᬌ٪᧚/dB 20 ᬌ٪᧚/dB 20
10
10
10
0 ӧय़෽౛Ѭ࣋ 0 ӧय़෽౛Ѭ࣋ 0 ӧय़෽౛Ѭ࣋
ӧय़ˀԫ ӧय़ˀԫ ӧय़ˀԫ
-10 -10 -10
0 500 1000 1500 0 500 1000 1500 0 500 1000 1500
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) ඡจ˗ॷӧय़2 mm (b) ඡจ˗ॷӧय़4.5 mm (c) ඡจ˗ॷӧय़7.3 mm
图 14 气泡半径泊松分布与半径恒定情况降噪效果对比
Fig. 14 Comparison of noise reduction between Poisson distribution and uniform distribution of bubble radius
由图14(a)可知，因为气泡半径2 mm时气泡幕 层的噪声声压级要高于浅水层；在水平方向上，气泡
的共振频率较高，所以在较低频段两种情况的降 幕的深度平均降噪量会随着水平距离的增加而增
噪量的差值较大，在频率 650 Hz 可达 11.0 dB，在 加，并在较远距离上逐渐趋于稳定，声场特征也逐渐
高频段则几乎没有差别。而当气泡半径较大时，由 表现为柱面波衰减。
图 14(c) 可知，气泡半径 7.3 mm 气泡幕的共振频率 本文重点分析了气泡幕参数变化对降噪效果
较低，在较高频段降噪量的改变则更为明显，两种情 影响，可得出如下结论：
况的差值在频率 1400 Hz 可达 8.9 dB。但从总体来 (1) 提高气泡幕与桩体的距离，可以应对打桩
说，降噪曲线的总体变化趋势没有改变。 噪声的多途传播特性，但是这也会扩大气泡幕内侧

噪声影响区域的面积，需考虑对可能活动在这些高
3 结论
噪声区域的海洋鱼类的影响。
本文所提出的 FEM-PE混合模型，可有效获取 (2) 增加气泡幕的厚度对气泡幕的降噪效果的
经气泡幕降噪后的水下打桩噪声传播特性，显著体 增益有限，在气泡幕厚度增加 3 倍，由 0.25 m 变为
现了气泡幕降噪效果的空间不均匀性。布放气泡幕 1 m后，最多仅能增加2.0 dB左右的降噪量。
后，会有部分噪声由海底沉积层中桩体辐射到气泡 (3) 当气泡幕的占空比很小 (V α 6 0.5%)时，在
幕后水层，以一定角度经沉积层与海面不断反射向 大于共振频率的频段的降噪效果会急剧降低；在较
远方传播。在气泡幕内侧，由于气泡幕对噪声的反 大占空比(V α > 1%)的情况下，继续提高占空比，对
射作用，噪声声压级会升高，并在频域呈现明显的驻 气泡幕的降噪效果的提升有限。
波结构。在垂直方向上，气泡幕后毗邻区域的深水 (4) 鉴于气泡共振频率会随着气泡半径减小而