本文關(guān)鍵詞： 相干聲場 噪聲預(yù)測 幾何衍射理論 相干虛源法 半開空間 聲線束追蹤法 高壓直流輸電工程 換流變壓器　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：高壓直流輸電因具備超遠(yuǎn)距離、大容量、低耗送電的特點(diǎn),在電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)展迅速,但因其直流換流站對(duì)外環(huán)境輻射噪聲大,隨著近年來國民環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng),噪聲影響已經(jīng)成為直流輸電工程建設(shè)必須考慮的關(guān)鍵問題。由于已建工程的后期噪聲控制成本很高,因此在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段就預(yù)估噪聲水平,準(zhǔn)確預(yù)測其輻射噪聲就顯得尤為重要。目前,已有多個(gè)國外噪聲預(yù)測軟件用于預(yù)測直流輸電工程的噪聲影響,對(duì)建站初期和后期噪聲控制效果的評(píng)估確實(shí)起到了一定的預(yù)期效果,但目前所采用的戶外噪聲預(yù)測軟件基本上都基于IS09613-2標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)的前提條件是不考慮聲源的相干影響。然而換流站內(nèi)各主要噪聲源設(shè)備噪聲頻譜中優(yōu)勢頻率主要集中在中低頻,且相同型號(hào)設(shè)備如變壓器、電容器等較多,換流站周邊存在大量相干聲場,基于能量法的戶外噪聲預(yù)測算法存在不足,對(duì)某些區(qū)域的噪聲預(yù)測存在較大偏差。 針對(duì)以上情況,本論文在深入研究影響高壓直流換流站噪聲預(yù)測精度各因素的基礎(chǔ)上,基于幾何衍射理論、相干虛源法等理論方法,提出一種適合于工程算法的戶外噪聲相干預(yù)測模型。該相干預(yù)測模型不僅能計(jì)算聲源在經(jīng)過有限長屏障或多重屏障時(shí),由多條路徑衍射聲形成的相干聲場,還可計(jì)算聲源在屏障等界面之間經(jīng)多次反射后,多個(gè)反射聲形成的相干聲場。此外,本文給出了計(jì)算衍射聲場的通用工程簡化算法,該算法避免了衍射聲嚴(yán)格理論解的復(fù)雜積分計(jì)算,使計(jì)算效率得以大大提高。將本文提出的戶外噪聲相干預(yù)測模型應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)如高壓直流輸電工程中,通過與邊界元法模型、IS09613-2標(biāo)準(zhǔn)模型與實(shí)測結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明該模型能夠較快準(zhǔn)確地預(yù)測戶外相干聲場,相比IS09613-2標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測結(jié)果更為準(zhǔn)確。 本論文的主要研究工作體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)闡述了目前高壓直流輸電系統(tǒng)噪聲預(yù)測的方法與現(xiàn)狀,分析了影響高壓直流換流站預(yù)測精度的因素,并對(duì)換流站主要設(shè)備噪聲輻射特性進(jìn)行了測試分析與研究,確定了產(chǎn)生相干聲場的主要噪聲源與主要影響頻率。 (2)闡述了目前計(jì)算屏障衰減時(shí)所用的菲涅爾法與幾何衍射算法(GTD),對(duì)GTD中針對(duì)剛性薄屏障單衍射Hadden-Pierce嚴(yán)格理論解進(jìn)行了簡化處理,提出了一種適合工程計(jì)算衍射聲場的簡化算法,該方法避免了原始方法中復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算和奇異積分的處理過程,簡化了計(jì)算過程,極大減小了計(jì)算時(shí)間,適應(yīng)于工程應(yīng)用。同時(shí)該計(jì)算方法能確定衍射邊附近任意位置或方向的衍射聲場,包括屏障的聲影邊界以及距離衍射邊非常近的區(qū)域。 (3)提出了一種戶外半開空間的相干虛源模型,用于計(jì)算點(diǎn)聲源在由地面、兩個(gè)或三個(gè)有限長垂直屏障組成的半開空間激發(fā)的內(nèi)外聲場。通過與已有的噪聲預(yù)測方法和邊界元法進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,本文提出的相干虛源模型在較寬的頻率范圍內(nèi)具有較高的精度和優(yōu)勢,能考慮每次反射時(shí)界面阻抗對(duì)反射波相位的影響和總場中不同聲波間的干涉影響,且計(jì)算效率高。相比Lemire相干虛源法中給出的平面波反射系數(shù),本相干虛源模型利用聲線束追蹤法確定實(shí)際傳播路徑,通過得到每次反射面的實(shí)際正入射角而計(jì)算出來的反射系數(shù)更符合實(shí)際聲傳播。該模型特別適合預(yù)測半開空間外部聲場預(yù)測,同時(shí)也可用于具有吸聲界面的半開空間聲場預(yù)測。 (4)設(shè)計(jì)制造了某換流變壓器一箱壁的縮尺模型,進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn),并得到了表面多測點(diǎn)在不同頻率正弦信號(hào)激勵(lì)下的振幅相位。試驗(yàn)結(jié)果表明：換流變壓器的表面振動(dòng)由于自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),振動(dòng)形式復(fù)雜,當(dāng)其振動(dòng)頻率較高,達(dá)到7階頻率時(shí),其振動(dòng)相位與振幅的隨機(jī)特性均表現(xiàn)明顯。因此對(duì)于單個(gè)單向變壓器,可劃分為多個(gè)等效點(diǎn)聲源,各點(diǎn)聲源按不相干聲源進(jìn)行計(jì)算。但在建立換流變壓器組(由3個(gè)或6個(gè)變壓器組成)的聲學(xué)模型時(shí),對(duì)于不同相的變壓器,在各個(gè)相鄰變壓器相同位置處的等效點(diǎn)聲源相位則相差120°,需按相干聲源進(jìn)行計(jì)算。 (5)基于戶外半開空間相干虛源模型,并結(jié)合換流變壓器縮尺模型試驗(yàn)結(jié)論,建立了某實(shí)際換流變壓器組噪聲預(yù)測聲學(xué)模型,該模型考慮了聲源與聲傳播過程中的相位影響,通過與邊界元法建立的模型計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測試結(jié)果對(duì)比,結(jié)果表明,該模型對(duì)換流變壓器周圍存在的相干聲場能夠準(zhǔn)確預(yù)測,相比基于目前戶外噪聲預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)ISO9613-2模型,該模型噪聲預(yù)測結(jié)果更為準(zhǔn)確,因考慮了相干聲場的干涉效應(yīng),可提高戶外噪聲預(yù)測精度,對(duì)提高高壓直流換流站的噪聲預(yù)測水平意義較大。 (6)總結(jié)本文的主要研究成果,指出了需要進(jìn)一步研究和解決的問題。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM721.1

【參考文獻(xiàn)】

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