Page 150 - 《应用声学》2023年第6期

1260 2023 年 11 月

应用中的电容器塔所辐射的噪声进行准确测量。因 2.2 完整建模方法
此，本文采用仿真方法预测电容器塔的噪声，包括 对换流站进行噪声预测时，经常使用诸如
BEM、完整建模方法、简化为点声源、线声源和工业 SoundPLAN 噪声预测评估软件，该软件使用扇形
建筑物的建模方法。 模型进行声场计算，从接收点发出“射线” 覆盖所有
电容器单元的声功率级为 [11] 要考虑的区域和实体，包括源和反射体等，其计算原
( 17 ) ( )
1 ∑ S 理依据文献[16]。分别对电容器塔进行完整建模、简
L W =10 lg 10 0.1L P,i +10 lg , (5)
17 S 0 化为点声源、线声源和工业建筑物4种方式建模。
i=1
完整建模的方法具体为：电容器单元的箱壁和
式 (5) 中，L P,i 为各测点的声压级，i = 1, 2, · · · , 17，
套管均简化为工业建筑物 (可通过表面辐射噪声的
S 为测量面的总面积，S 0 为基准面积，S 0 = 1 m 。
2
电容器各壁面辐射的声功率级 L W,Si 可由表面 等效声源体)，箱壁对应工业建筑物的 4 个侧面和顶
面均设置为面声源，套管对应的工业建筑物不设置
振动速度而计算得到 [13−14]
声源，仅考虑其对声传播的影响，如图6(b)所示。考
S i σ i ρc
L W,Si =L v,i +10 lg +10 lg +10 lg , (6) 虑到面 S6的声功率级较小，且软件中无法对工业建
S 0 σ 0 (ρc) 0
2
2
式 (6) 中，L v,i 为振动速度级，L v,i = 10 lg(v /v )， 筑物的底面进行赋值，将面S6的声辐射贡献量平均
i 0
v i 为面 Si 的振动速度有效值，i = 1, 2, · · · , 6，可由 分配到其他各面，得到各壁面声功率级的修正值，如
振动加速度对时间的积分而得到，v 0 为基准速度， 表 1 所示。完整建模方法虽不能充分考虑振动源相
v 0 = 5 × 10 −8 m/s；S i 为面 Si 的表面积；σ i 为面 Si 位差和声波干涉的影响，但能够考虑到电容器单元
的辐射比，对于远小于振动波长的振动源，辐射比为 的声辐射指向性和电容器之间的遮挡作用。
[ 2 ( 2 2 )]
lg σ = − 1 + c / 10f L ，c 为声速，f 为振动频 2.3 简化点声源建模方法
率，L 为电容器单元的特征尺寸，σ 0 为基准辐射比， 在对换流站噪声进行预测时，完整建模的工作
σ 0 = 1；ρc 为空气特性阻抗，ρ 为空气密度，(ρc) 0 为 量较大且难以准确获得各侧面的声功率级，此时可
2
基准空气特性阻抗，(ρc) 0 = 400 kg/(m ·s)。 以将电容器单元简化为点声源 [7−9] ，点声源位于电
基 于 前 面 分 析 的 各 壁 面 的 加 速 度 幅 值 容器单元的几何中心，其声功率级按式 (5) 进行计
A(x, y, z, ω)，并结合 BEM 仿真结果和式 (6)，计 算，电容器塔简化为点声源组成的声阵列，如图6(c)
算出各壁面在以 630 Hz 为中心频率的 1/3 倍频带 所示。
内的声辐射贡献量和声功率级 [15] ，如表1所示。
2.4 简化线声源建模方法

表 1 电容器单元各壁面的声学特性 电容器塔单元数目众多，为了建模的简便和计
Table 1 Noise characteristics of each sur- 算的高效，通常把电容器塔模拟成单个竖直的线声
face of the capacitor unit 源 [5] 。将电容器塔简化为1条竖直方向的线声源，线

声源经过电容器塔的几何中心，其长度等于电容器
壁面编号 S1 S2 S3 S4 S5 S6
塔的有效高度 H，起止点分别为电容器塔主体结构
声辐射贡献量/% 30 40 11 11 3 5
的底部和顶部，如图 6(d) 所示。将所有电容器单元
声功率级 L W,Si /dB 75.5 76.8 71.2 71.2 65.5 67.8
作为独立的声源按能量叠加确定线声源的总声功
声功率级 L W,Si
75.7 76.9 71.6 71.6 66.8
修正值/dB 率级，即
L W ,line = L W + 10 lg N, (7)
2.1 BEM
式(7)中，N 为电容器塔的单元数量。
假设每个电容器单元的振动特性都是一致的，
且电容器单元产生的箱壁表面振动是相对独立的， 2.5 简化工业建筑物建模方法
不受其他电容器单元的干扰，即忽略考虑通过塔架 将电容器塔简化为点声源和线声源的方法难
等传播引起的振动干涉。参考第 2 节的建模方法对 以体现电容器塔的噪声空间分布特性和指向性，更
电容器塔进行BEM建模，如图6(a)所示。 忽略了电容器塔本身对噪声传播的影响。因此，提