CN117809786A - 一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，包括：基于流阻测试方法分别测试吸声材料在沙尘环境、腐蚀环境以及雨淋环境下的实际流阻率；通过理论公式分析不同目标环境条件对流阻率的影响，并计算出吸声材料在不同控制参数下的仿真流阻率；筛选出计算得到的仿真流阻率与实际流阻率的差值在预设范围内时，仿真流阻率对应的目标控制参数；构建不同的材料孔隙率、材料厚度。空气含水率与吸声系数的变化关系根据吸声材料的使用环境的不同以及声源特性的不同选取吸声材料的最佳参数；根据吸声材料的最佳参数构建变电站声屏障。解决了在各种规格吸声材料的制备、测试工作量过大，试验负担过重，分析效率过低的问题。
Description
技术领域
本发明属于声屏障构建技术领域，尤其涉及一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法。
背景技术
变电站作为重要的基础设施深入到城市区域，同时变压器等主要噪声源产生的噪声对周边居民的工作和生活带来了严重干扰。变电站声屏障作为主要的降噪措施被广泛应用，旨在保护周围居民和环境免受电力设备噪音的侵扰。声屏障在恶劣的环境条件下，如雨淋、腐蚀、沙尘等自然条件的影响，以及长期的日常运行中，其内部吸声材料的降噪效果会大幅降低，研究变电站声屏障内部吸声材料在使用过程的降噪效果，具有重要的应用价值。
在对声屏障的降噪效果研究中，吸声材料对降噪起着重要作用，多孔吸声材料内部具有相互贯通的微孔，声波进入材料后能与其充分接触，从而有效地衰减声能。通过纤维型材料的物理模型研究得到吸声材料的孔隙率与吸声性能有着密切的关系，纤维多孔材料的吸声性能主要由材料参数决定，如纤维长度、孔隙率及厚度等。
现有的声屏障构建一般为有限元模型，其计算存在一定误差，计算高频时需要足够密的网格，时间较长效率不高，在进行声学仿真时，有较多的参数调整，较为繁琐。
发明内容
本发明提供一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，用于解决现有的声屏障构建过程，在进行声学仿真时，有较多的参数调整，较为繁琐的技术问题。
本发明提供一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，包括：
根据声学阻抗测试系统检测吸声材料在不同环境条件下的吸声系数，并根据所述吸声系数的大小筛选出目标环境条件，其中，所述目标环境条件包括沙尘环境、腐蚀环境以及雨淋环境；
基于流阻测试方法分别测试吸声材料在沙尘环境、腐蚀环境以及雨淋环境下的实际流阻率；
根据D-B模型理论通过理论公式分析不同目标环境条件对流阻率的影响，并计算出吸声材料在不同控制参数下的仿真流阻率；
筛选出计算得到的仿真流阻率与实际流阻率的差值在预设范围内时，所述仿真流阻率对应的目标控制参数，所述目标控制参数包括材料孔隙率、材料厚度以及空气含水率；
构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系、不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系以及不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系；
根据吸声材料的使用环境的不同以及声源特性的不同在根据所述第一变化关系、所述第二变化关系以及所述第三变化关系中选取吸声材料的最佳参数，所述最佳参数为孔隙率的最佳取值以及材料厚度的最佳取值；
根据吸声材料的最佳参数构建变电站声屏障。
进一步地，所述构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系、不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系以及不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系包括：
构建变电站声屏障的声学仿真模型；
将不同的材料孔隙率输入至所述声学仿真模型中，得到与材料孔隙率对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系；
将不同的材料厚度输入至所述声学仿真模型中，得到与材料厚度对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系；
将不同的空气含水率输入至所述声学仿真模型中，得到与空气含水率对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系。
进一步地，所述第一变化关系的函数表达式为：
，
式中，为孔隙率，y为吸声系数；
所述第一变化关系具体包括：在（100Hz ，200Hz ]的频率段，随着材料孔隙率的降低，吸声系数增大；在（200Hz，500Hz]的频率段，随着材料孔隙率的增加，吸声系数的变化率增大；在（500Hz，1600Hz]的频率段，随着材料孔隙率的增加，吸声系数增大。
进一步地，所述第二变化关系的函数表达式为：
，
式中，为材料厚度，/>为吸声系数；
所述第二变化关系具体包括：在（100 Hz，300Hz]的频率段，随着材料厚度的增加，吸声系数以及吸声系数的变化率增大；在（300Hz，1000Hz]的频率段，随着材料厚度的增加，吸声系数的变化率减小；在大于1000Hz的频率段，随着材料厚度的增加或减少，吸声系数趋于相同。
进一步地，所述第三变化关系的函数表达式为：
，
式中，为空气含水率，/>为吸声系数；
所述第三变化关系具体包括：在（100Hz，400 Hz]的频率段，随着空气含水率的增加或减少，吸声系数趋于相同；在（400Hz，1000Hz]的频率段，随着空气含水率的增加，吸声系数增大；在大于1000Hz的频率段，随着空气含水率的增加或减少，吸声系数趋于相同。
进一步地，在筛选出计算得到的仿真流阻率与实际流阻率的差值在预设范围内时，所述仿真流阻率对应的目标控制参数之前，所述方法还包括：
分析流阻率的计算公式可知空气的动力粘度会影响吸声材料的流阻率，计算湿空气的动力粘度的表达式为：
，
式中，为湿空气的动力粘度，/>、/>分别为干空气和水蒸气的分子量，分别取28.97和18.02，/>为干空气的动力粘度，/>为水蒸气的动力粘度，/>为/>，/>和分别为湿空气中干空气的质量分数和水蒸气的质量分数，两个质量分数的和为1；
通过改变湿空气中干空气的质量分数和水蒸气的质量分数的比值的大小用以模拟不同的空气含水率。
进一步地，所述根据D-B模型理论通过理论公式分析不同目标环境条件对流阻率的影响，并计算出吸声材料在不同控制参数下的仿真流阻率包括：
准备吸声材料样品：根据所需的尺寸和形状，从吸声材料板材中切割出合适的样品，确保样品表面平整、均匀，并与管道壁紧密接触；
准备声波阻抗管：选择管道，所述管道的截面为圆形或方形，根据样品尺寸选择管道直径或宽度，并且使用两个同样的管道，一个作为声源，一个作为接收器；
连接测试设备：连接声源和接收器，并且在不同位置进行多点测量，以获取吸声材料的空间均匀性信息；
测量数据采集：开始进行测量并采集输入和输出声波信号的幅度和相位数据；
数据处理和计算：使用声学分析软件或公式，对采集到的数据进行处理和计算，得到仿真流阻率。
本申请的基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，基于Delany-Bazley模型，通过有限元软件建立声屏障吸声材料的声学模型，利用流阻率的计算公式，得出不同孔隙率，材料厚度，空气含水率对吸声材料的影响，结合对应公式可得对应吸声系数变化关系，该方法避开了吸声材料在B&K声学阻抗测试系统的求解，大大节约了时间，解决了在各种规格吸声材料的制备、测试工作量过大，试验负担过重，分析效率过低的问题，可以快速准确的检测材料的吸声系数变化，实时得出数据并且高效准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供一个具体实施例的不同的材料孔隙率对应的吸声系数曲线示意图；
图3为本发明一实施例提供一个具体实施例的不同的材料厚度对应的吸声系数曲线示意图；
图4为本发明一实施例提供一个具体实施例的不同的空气含水率对应的吸声系数曲线示意图；
图5为本发明一实施例提供一个具体实施例的吸声材料在雨淋试验前后的吸声性能对比示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其示出了本申请的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法的流程图。
如图1所示，基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法具体包括以下步骤：
步骤S101，根据声学阻抗测试系统检测吸声材料在不同环境条件下的吸声系数，并根据所述吸声系数的大小筛选出目标环境条件，其中，所述目标环境条件包括沙尘环境、腐蚀环境以及雨淋环境。
步骤S102，基于流阻测试方法分别测试吸声材料在沙尘环境、腐蚀环境以及雨淋环境下的实际流阻率。
步骤S103，根据D-B模型理论通过理论公式分析不同目标环境条件对流阻率的影响，并计算出吸声材料在不同控制参数下的仿真流阻率。
在本步骤中，Delany-Bazley(D-B)模型描述了纤维材料的流阻、声波频率与材料表面特性阻抗、传播波数之间的关系，该模型只有流阻作为自变量，适用于纤维直径在1～10μm的范围，材料的特性阻抗和传播常数/>分别为：
，
，
式中，为空气密度，/>为空气中的声速，/>为材料的流阻率，/>为频率，为角频率，/>为虚数。通过D-B模型可以推导得到以刚性壁为支撑的材料的表面声阻抗/>：
，
式中，为材料厚度，可以通过改变材料厚度得出对应的吸声系数进而模拟材料受腐蚀的影响规律。
于是可以计算出该材料的反射系数为：
，
，
进而得到吸声材料的吸声系数为：
，
根据纤维多孔材料的内部结构排列，可以通过纤维半径和材料的孔隙率来计算流阻率。当声音入射方向与纤维轴向平行时，流阻率计算公式为：
，
式中，，/>为纤维半径，/>为材料中相邻纤维的中心距离，/>为空气的动力粘度。
当声音入射方向与纤维轴向垂直时，流阻率计算公式为：
，
通过改变纤维半径和材料中相邻纤维的中心距离可以得出不同的孔隙率对应的流阻率。
具体地，根据D-B模型理论通过理论公式分析不同目标环境条件对流阻率的影响，并计算出吸声材料在不同控制参数下的仿真流阻率包括：
准备好吸声材料样品：根据所需的尺寸和形状，从吸声材料板材中切割出合适的样品，确保样品表面平整、均匀，并与管道壁紧密接触。以减少界面效应对测量结果的影响，如果样品与管道壁之间存在不完全紧密的接触或适配不良，会产生额外的反射或散射，从而影响测量结果的准确性；
准备声波阻抗管：选择管道，通常为圆形或方形截面，根据样品尺寸选择管道直径或宽度，通常使用两个同样的管道，一个作为声源，一个作为接收器可以通过改变管道的尺寸和形状来实现扩展频率范围，特别是包括更高和更低频率的测量；
连接测试设备：连接声源和接收器，通常需要调整声源输出和接收器灵敏度等参数，以保证最佳的测量效果。可以采用多点测量在不同位置进行多点测量，以获取吸声材料的空间均匀性信息，这可以帮助发现可能存在的局部变化或缺陷，并提供更全面的评估；
测量数据采集：开始进行测量并采集输入和输出声波信号的幅度和相位数据。通常需要在不同频率下进行多次测量，以获得更全面的数据。
步骤S104，筛选出计算得到的仿真流阻率与实际流阻率的差值在预设范围内时，所述仿真流阻率对应的目标控制参数，所述目标控制参数包括材料孔隙率、材料厚度以及空气含水率。
步骤S105，构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系、不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系以及不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系。
在本步骤中，构建变电站声屏障的声学仿真模型；将不同的材料孔隙率输入至所述声学仿真模型中，得到与材料孔隙率对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系；将不同的材料厚度输入至所述声学仿真模型中，得到与材料厚度对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系；将不同的空气含水率输入至所述声学仿真模型中，得到与空气含水率对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系。
步骤S106，根据吸声材料的使用环境的不同以及声源特性的不同在根据所述第一变化关系、所述第二变化关系以及所述第三变化关系中选取吸声材料的最佳参数，所述最佳参数为孔隙率的最佳取值以及材料厚度的最佳取值。
在本步骤中，第一变化关系的函数表达式为：，式中，/>为孔隙率，y为吸声系数；所述第一变化关系具体包括：在（100Hz ，200Hz ]的频率段，随着材料孔隙率的降低，吸声系数增大；在（200Hz，500Hz]的频率段，随着材料孔隙率的增加，吸声系数的变化率增大；在（500Hz，1600Hz]的频率段，随着材料孔隙率的增加，吸声系数增大。
变电站声屏障在使用过程中受沙尘的影响，尤其在西北风沙大的地区，屏体板中的吸声材料如玻璃棉、岩棉的孔隙会被沙尘颗粒堵塞，使吸声材料的孔隙率下降，而孔隙率又是影响吸声材料吸声效果的重要因素，同时沙尘过多，吸声材料重量急剧增大，存在塌陷堆积使屏体板鼓包的情况，严重影响声屏障的降噪性能，目前对于研究声屏障受沙尘的表征已有对应的规范标准 IEC60815-1:2002，以盐密及灰密进行表征，为模拟沙尘对声屏障降噪效果的影响，选用玻璃棉为例，取纤维半径 a=10μm，材料厚度 =5cm，宽度 w=20cm，通过改变纤维材料的孔隙率，来计算流阻率，仿真分析当声音入射方向平行纤维轴向时各频率下的吸声系数，得到如图2所示的曲线示意图。
由图分析在 100Hz 到 200Hz 频率段，随着孔隙率的降低，吸声系数增大这是由于 D-B 模型的适用频率限制在 250Hz 以上，低频时其准确性不高，200Hz 到 500Hz 频率段，曲线的斜率变化较快，孔隙率的影响很大，孔隙率为 90%时，其吸声系数在 5 种孔隙率中是最大的，说明在此频率段单重孔隙纤维多孔材料的最佳孔隙率为 90%，并不是孔隙率越大吸声系数越大，吸声效果越好，在500Hz到1600Hz频率段，曲线继续上升到1000Hz趋于平稳，在此频率段，孔隙率为 95%的纤维材料斜率显著上升，其吸声系数最大并趋于 0.95，达到最佳吸声效果，在高频段孔隙率越大，纤维多孔材料的吸声系数越大。
通过上述仿真模拟分析所处不同沙尘环境的变电站声屏障，其内部的吸声材料因使用期内沙尘堵塞纤维内部孔隙使孔隙率下降，分析其吸声系数，当频率段 100-300Hz 孔隙率 85%最佳，300-500Hz 孔隙率 90%最佳。
进一步地，第二变化关系的函数表达式为：，式中，/>为材料厚度，/>为吸声系数；第二变化关系具体包括：在（100 Hz，300Hz]的频率段，随着材料厚度的增加，吸声系数以及吸声系数的变化率增大；在（300Hz，1000Hz]的频率段，随着材料厚度的增加，吸声系数的变化率减小；在大于1000Hz的频率段，随着材料厚度的增加或减少，吸声系数趋于相同。
以纤维多孔材料厚度的改变来反映声屏障受腐蚀物质如酸雨的影响，选用玻璃棉为例，取纤维半径 a=10μm，材料宽度 w=20cm，孔隙率为90%，分析当声音入射方向平行纤维轴向时各频率下的吸声系数，得到如图3 所示。
由图 3可得在 100Hz 到 300Hz 频率段，曲线属于快速增长阶段，随着纤维多孔材料厚度的下降，吸声系数显著下降，在 300Hz，=10cm 吸声系数为0.76，/>=5cm 吸声系数为 0.32，降噪效果差距较大，300Hz 到 1000Hz 频率段，曲线放缓，随着频率的增大，300Hz 到 700Hz 时 />=7cm 吸声效果最佳，700Hz到 1000Hz 时 />=6cm 吸声效果最佳，在此频率段各不同材料厚度对应的吸声系数的差值较小不超过0.1，到 1800Hz 曲线趋于定值，最大吸声系数相近，可能是在高频波长短，吸声材料能起到很好的吸声效果，材料厚度/>的改变对其吸声效果影响不大。
从上述仿真分析可得在腐蚀程度不同的的变电站声屏障，其内部的吸声材料因腐蚀其有效吸声厚度下降，分析其吸声系数，当频率段 100-300Hz 吸声材料厚度 =10cm吸声效果最好，300-800Hz 段各材料厚度相差不大，/>=6cm时效果最好，超过1000Hz时不同的材料厚度的吸声系数都趋于相同。
具体地，分析流阻率的计算公式可知空气的动力粘度会影响吸声材料的流阻率，计算湿空气的动力粘度的表达式为：
，
式中，为湿空气的动力粘度，/>、/>分别为干空气和水蒸气的分子量，分别取28.97和18.02，/>为干空气的动力粘度，/>为水蒸气的动力粘度，/>为/>，/>和分别为湿空气中干空气的质量分数和水蒸气的质量分数，两个质量分数的和为1；通过改变湿空气中干空气的质量分数和水蒸气的质量分数的比值的大小用以模拟不同的空气含水率。
第三变化关系的函数表达式为：，式中，/>为空气含水率，/>为吸声系数；第三变化关系具体包括：在（100Hz，400 Hz]的频率段，随着空气含水率的增加或减少，吸声系数趋于相同；在（400Hz，1000Hz]的频率段，随着空气含水率的增加，吸声系数增大；在大于1000Hz的频率段，随着空气含水率的增加或减少，吸声系数趋于相同。
由图 4 可以验证随着空气含水率的增加，在 400Hz 到 1000Hz 频率段，吸声系数有小幅度的上升，但随着雨淋程度的上升，多孔吸声材料将整体浸润在水中，导致整体的含水率增加，孔隙率将显著下降，在一定程度上会影响吸声性能，在实验中用离心玻璃棉作样块，采用驻波管法测量不同含水率下的吸声系数，可知含水率过高会极大的影响多孔材料的吸声效果。参照 GB/T2423.38-2008《电工电子产品环境试验第 2 部分：试验方法试验R:水试验方法和导则》，将吸声材料放置于喷淋试验箱中进行 60min 的雨淋试验，通过雨淋试验后，微穿孔吸声材料表面沾水，对雨淋试验前后试样进行声学性能测试，吸声系数曲线如图 5所示。
图5 中 1、2 曲线分别代表多孔吸声材料雨淋试验前和雨淋试验后的吸声系数曲线。从图中可以看出，雨淋试验前后的吸声系数曲线在 250Hz 以下的频段并无较大范围的波动，但在 250Hz 后雨淋后的吸声系数呈现先降低再增高最后趋于一致的现象，可能是由于水珠阻塞纤维内部缝隙所致，多孔材料的含水量增加到一定量，会导致材料塌陷、分布不均等影响。
模拟得到吸声材料在三种典型气候下的吸声系数变化规律，总结出结合多孔吸声材料如玻璃棉孔隙率控制在 90%~95%其吸声效果较好，随着孔隙率下降在800Hz 到1600Hz 频率段降噪效果将大幅度下降，改进百叶窗减少沙尘颗粒的吸入，添加金刚网可以一定程度的隔绝空气中沙尘。
结合变压器的近场噪声主要是 500Hz 以下中低频噪声，在 100Hz 到 400Hz 频率段吸声材料厚度保持在10cm可以提升在低频下降噪效果，选用耐腐蚀的吸声材料可以大幅度提升使用年限。
在含水率较高的空气中，吸声材料有小幅度的上升，但经过试验分析但吸声材料浸润在水中，液体会侵占吸声材料内部孔隙，使降噪效果降低，在沿海地区，可以使用防水薄膜对吸声材料进行包裹，防止随着使用年份的增加，吸声材料被浸润。
步骤S107，根据吸声材料的最佳参数构建变电站声屏障。
在本步骤中，吸声材料因其内部结构存在大量孔隙，随着使用周期的增加，会被各种颗粒阻塞，通过孔隙率和流阻率的关系，得出吸声材料玻璃棉孔隙率控制在 90%~95%其吸声效果较好， 改进百叶窗减少沙尘颗粒的吸入，添加金刚网可以一定程度的隔绝空气中沙尘；结合变压器的近场噪声主要是 500Hz 以下中低频噪声，在 100Hz 到 400Hz 频率段吸声材料厚度保持在 10cm 可以提升在低频下降噪效果，选用耐腐蚀的吸声材料可以大幅度提升使用年限。
综上，本申请的方法，基于Delany-Bazley模型，通过有限元软件建立声屏障吸声材料的声学模型，利用流阻率的计算公式，得出不同孔隙率，材料厚度，空气含水率对吸声材料的影响，结合对应公式可得对应吸声系数变化关系，该方法避开了吸声材料在B&K声学阻抗测试系统的求解，大大节约了时间，解决了在各种规格吸声材料的制备、测试工作量过大，试验负担过重，分析效率过低的问题，可以快速准确的检测材料的吸声系数变化，实时得出数据并且高效准确。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，其特征在于，包括：
根据声学阻抗测试系统检测吸声材料在不同环境条件下的吸声系数，并根据所述吸声系数的大小筛选出目标环境条件，其中，所述目标环境条件包括沙尘环境、腐蚀环境以及雨淋环境；
基于流阻测试方法分别测试吸声材料在沙尘环境、腐蚀环境以及雨淋环境下的实际流阻率；
根据D-B模型理论通过理论公式分析不同目标环境条件对流阻率的影响，并计算出吸声材料在不同控制参数下的仿真流阻率；
筛选出计算得到的仿真流阻率与实际流阻率的差值在预设范围内时，所述仿真流阻率对应的目标控制参数，所述目标控制参数包括材料孔隙率、材料厚度以及空气含水率；
构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系、不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系以及不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系；
根据吸声材料的使用环境的不同以及声源特性的不同在根据所述第一变化关系、所述第二变化关系以及所述第三变化关系中选取吸声材料的最佳参数，所述最佳参数为孔隙率的最佳取值以及材料厚度的最佳取值；
根据吸声材料的最佳参数构建变电站声屏障。
2.根据权利要求1所述的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，其特征在于，所述构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系、不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系以及不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系包括：
构建变电站声屏障的声学仿真模型；
将不同的材料孔隙率输入至所述声学仿真模型中，得到与材料孔隙率对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的材料孔隙率与吸声材料的吸声系数的第一变化关系；
将不同的材料厚度输入至所述声学仿真模型中，得到与材料厚度对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的材料厚度与吸声材料的吸声系数的第二变化关系；
将不同的空气含水率输入至所述声学仿真模型中，得到与空气含水率对应的吸声材料的吸声系数，进而构建不同的空气含水率与吸声材料的吸声系数的第三变化关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，其特征在于，所述第一变化关系的函数表达式为：
，
式中，为孔隙率，y为吸声系数；
所述第一变化关系具体包括：在（100Hz ，200Hz ]的频率段，随着材料孔隙率的降低，吸声系数增大；在（200Hz，500Hz]的频率段，随着材料孔隙率的增加，吸声系数的变化率增大；在（500Hz，1600Hz]的频率段，随着材料孔隙率的增加，吸声系数增大。
4.根据权利要求1所述的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，其特征在于，所述第二变化关系的函数表达式为：
，
式中，为材料厚度，/>为吸声系数；
所述第二变化关系具体包括：在（100 Hz，300Hz]的频率段，随着材料厚度的增加，吸声系数以及吸声系数的变化率增大；在（300Hz，1000Hz]的频率段，随着材料厚度的增加，吸声系数的变化率减小；在大于1000Hz的频率段，随着材料厚度的增加或减少，吸声系数趋于相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，其特征在于，所述第三变化关系的函数表达式为：
，
式中，为空气含水率，/>为吸声系数；
在（100Hz，400 Hz]的频率段，随着空气含水率的增加或减少，吸声系数趋于相同；在（400Hz，1000Hz]的频率段，随着空气含水率的增加，吸声系数增大；在大于1000Hz的频率段，随着空气含水率的增加或减少，吸声系数趋于相同。
6.根据权利要求1所述的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，其特征在于，在筛选出计算得到的仿真流阻率与实际流阻率的差值在预设范围内时，所述仿真流阻率对应的目标控制参数之前，所述方法还包括：
分析流阻率的计算公式可知空气的动力粘度会影响吸声材料的流阻率，计算湿空气的动力粘度的表达式为：
，
式中，为湿空气的动力粘度，/>、/>分别为干空气和水蒸气的分子量，分别取28.97和18.02，/>为干空气的动力粘度，/>为水蒸气的动力粘度，/>为/>，/>和/>分别为湿空气中干空气的质量分数和水蒸气的质量分数，两个质量分数的和为1；
通过改变湿空气中干空气的质量分数和水蒸气的质量分数的比值的大小用以模拟不同的空气含水率。
7.根据权利要求1所述的一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法，其特征在于，所述根据D-B模型理论通过理论公式分析不同目标环境条件对流阻率的影响，并计算出吸声材料在不同控制参数下的仿真流阻率包括：
准备吸声材料样品：根据所需的尺寸和形状，从吸声材料板材中切割出合适的样品，确保样品表面平整、均匀，并与管道壁紧密接触；
准备声波阻抗管：选择管道，所述管道的截面为圆形或方形，根据样品尺寸选择管道直径或宽度，并且使用两个同样的管道，一个作为声源，一个作为接收器；
连接测试设备：连接声源和接收器，并且在不同位置进行多点测量，以获取吸声材料的空间均匀性信息；
测量数据采集：开始进行测量并采集输入和输出声波信号的幅度和相位数据；
数据处理和计算：使用声学分析软件或公式，对采集到的数据进行处理和计算，得到仿真流阻率。
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| CN202410231740.XA CN117809786B (zh) | 2024-03-01 | 2024-03-01 | 一种基于吸声材料服役状态的变电站声屏障构建方法 |
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| CN113593659A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-11-02 | 上海工程技术大学 | 一种基于遗传学算法的逆推开孔发泡材料参数的方法 |
| CN115711945A (zh) * | 2022-11-24 | 2023-02-24 | 重庆大学 | 一种使用阻抗管反演多孔吸声材料非声学参数的预测方法 |
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2024
- 2024-03-01 CN CN202410231740.XA patent/CN117809786B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117809786B (zh) | 2024-06-04 |
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