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振 动 与 冲 击 第 ３９ 卷第 ２３ 期ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫＶｏｌ． ３９ Ｎｏ．２３ ２０２０ 基金项目国 家 自 然 基 金 （ ５１８３８０１２ ）； 浙 江 省 自 然 科 学 基 金 （Ｙ１６Ｅ０８００１６） 收稿日期 ２０１９ －０６ －１２ 修改稿收到日期 ２０１９ －０９ －０５ 第一作者 沈国辉 男，博士，副教授，１９７７ 年生 光滑圆柱风噪声的降噪措施研究 沈国辉１， 张 扬１， 郑 翀２， 宋 刚３， 王轶文３ （１． 浙江大学 建筑工程学院，杭州 ３１００５８；２． 国家电网温州供电公司，浙江 温州 ３２５０００； ３． 浙江省电力设计院有限公司，杭州 ３１００１２） 摘 要为了降低光滑圆柱的风噪声，进行了多种降噪措施的系统研究，采用声学风洞试验获得光滑圆柱的风噪 声特征，对三种抑噪措施即绕螺旋线、节径突出和添加轴向附加线开展多组参数的降噪效果测试，对比添加抑噪措施前后 圆柱的风噪声频谱和 Ａ 计权总声压级，最后总结提出光滑圆柱降噪措施的建议。 结果表明圆柱风噪声的卓越频率随着 风速的增大而呈线性增大，卓越频率反算的斯托拉哈数为 ０． １９７ ～ ０． ２００；对于光滑圆柱的抑噪措施，缠绕扰流线的降噪 效果最好，添加节径突起次之，沿轴向添加附加线的降噪效果最差，甚至出现了增大风噪声的情况；对于直径 ２４ ｍｍ 左右 的光滑圆柱，建议采用单根直径 ４ ｍｍ 的圆形扰流线、１０ ｃｍ 的间距布置，若采用两根扰流线并列布置可获得更好的降噪 效果。 关键词 光滑圆柱；风噪声；声学风洞；风洞试验；抑噪措施 中图分类号 ＴＵ３１２． １ 文献标志码 ＡＤＯＩ１０． １３４６５／ ｊ． ｃｎｋｉ． ｊｖｓ． ２０２０． ２３． ００８ Ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ａｇａｉｎｓｔ ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ＳＨＥＮ Ｇｕｏｈｕｉ１， ＺＨＡＮＧ Ｙａｎｇ１， ＺＨＥＮＧ Ｃｈｏｎｇ２， ＳＯＮＧ Ｇａｎｇ３， ＷＡＮＧ Ｙｉｗｅｎ３ （１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ， Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００５８， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｗｅｎｚｈｏｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ， Ｗｅｎｚｈｏｕ ３２５０００， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ， Ｌｔｄ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１２， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ， ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔｓ． Ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗｉｎｄｉｎｇ ｓｐｉｒａｌ， ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ ｐｉｔｃｈ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ａｄｄｉｎｇ ａｘｉａｌ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｉｎｅ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｆｏｒ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． Ｗｉｎｄ ｎｏｉｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎｄ Ａ⁃ ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｔｏｔａｌ ｓｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ｎｏｉｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｗｉｎｄ ｎｏｉｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ， Ｓｔｒｏｕｈａｌ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｉｎｖｅｒｓｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ０． １９７⁃０． ２００； ｆｏｒ ｎｏｉｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｓｍｏｏｔｈ ｃｙｌｉｎｄｅｒ， ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｗｉｎｄｉｎｇ ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ， ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｔｈａｔ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｐｉｔｃｈ ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎ， ａｎｄ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｉｎｅ ａｌｏｎｇ ａｘｉａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｗｏｒｓｔ， ａｎｄ ｅｖｅｎ ｗｉｎｄ ｎｏｉｓｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ； ｆｏｒ ｓｍｏｏｔｈ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ａｂｏｕｔ ２４ ｍｍ， ｉｔ ｉｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｔｏ ｕｓｅ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｐｏｉｌｅｒ ｗｉｔｈ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ４ ｍｍ ａｎｄ ａ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｆ １０ ｃｍ； ｉｆ ｔｗｏ ｄｉｓｔｕｒｂｉｎｇ ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅｓ ａｒｅ ａｒｒａｎｇｅｄ ｓｉｄｅ ｂｙ ｓｉｄｅ， ｂｅｔｔｅｒ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｍｏｏｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ； ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ； ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ； ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔｓ； ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅ 风致噪声是一种常见的噪声，在生活中广泛存在， 如狂风吹过树林的呼啸声、大风吹过电线的声音、挥舞 木棍的声音等。 风噪声中最典型的例子是输电线风噪 声［１］，日本由于输电线路频繁地通过居民区，在风速超 过 １０ ｍ／ ｓ 时输电导线会产生风噪声，如同“类似于飞 机从头顶飞过的噪声”，严重影响居民生活和居住舒适 度［２⁃３］，我国温州某山区也有类似的案例报道［４］。 因此 研究风噪声的抑噪措施具有重要意义。 通常采用风洞试验方法研究风噪声问题。 针对各 种截面的风噪声，Ｏｓａｍｕ 等［５］进行了二维流情况下圆 柱的风噪声试验，Ｒｅｖｅｌｌ 等［６］在自由射流消声风洞中进 行了圆柱的气动噪声测试，沈国辉等［７］和朱云祥等［８］ 进行了不同直径的圆杆和风噪声的风洞试验，Ｆｕｊｉｔａ［９］ 进行了添加不同端板类型的圆柱噪声风洞试验， Ｙｏｓｈｉｄａ 等［１０］针对方形截面进行了气动力和声场测试。 对于风噪声的降噪措施方法，Ｇｅｙｅｒ 等［１１］进行了研究 了圆柱在外部覆盖多孔介质的降噪特性，Ａｌｏｍａｒ 等［１２］ 针对圆柱截面进行不同表面粗糙度下的声场测试，张 扬等［１３］进行了导线和地线风噪声的降噪措施研究。 以 上试验主要针对各种截面的风噪声和一些风噪声的降 噪措施，并没有针对风噪声的降噪措施进行系统的 研究。 基于以上背景，本文针对光滑圆柱的降噪措施开 展系统的研究，首先通过专门建造的声学风洞研究光 滑圆柱的风噪声特征，然后对三种抑噪措施即绕螺旋 线、节径突出和添加轴向附加线开展多参数的降噪效 果研究，分析对比添加抑噪措施前后的风噪声频谱和 Ａ 计权总声压级，最后总结提出光滑圆柱降噪措施的 建议。 试验结果为相关风噪声的抑噪措施提供参考。 １ 声学风洞和试验工况 风洞试验在浙江大学 ＺＤ⁃２ 声学风洞中进行，该风 洞建造主要是为了进行杆系结构的风噪声试验。 风洞 由动力段、扩散段、稳定段和试验段等组成，其中试验 段进风口尺寸为 ０． ４ ｍ ０． ２５ ｍ，半消声室尺寸为 ２． ８ ｍ ２． ８ ｍ ２． ６ ｍ，试验风速范围为 ０． ５ ～３５ ｍ／ ｓ。 试 验段如图 １ 所示，其中吸声尖劈截止频率为 ２００ Ｈｚ，经 标定试验段的室内本底噪声小于 ２５ ｄＢ（Ａ），表明该声 学风洞的声学设计良好。 试件放置于进风口的中轴线 上，试件中心距离进风口 ４７ ｃｍ，此处经标定流场性能 良好，且处于进风口到出风口的中间位置，方便调整更 换试件。 在风道两侧布置内壁面贴有吸声海绵的端板 形成二维流，以消除三维效应的影响。 采样点位于试 件中心正上方 ８３． ５ ｃｍ 处，采样设备为高分辨率无指 向性声压麦克风传感器。 图 １ ＺＤ⁃２ 声学风洞的试验段 Ｆｉｇ． １ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＺＤ⁃２ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ 常见产生风噪声的杆件如输电线，其直径范围通 常为 １５ ～３３ ｍｍ，因此本文采用 ２４ ｍｍ 直径的圆杆作 为典型试件。 测试 ２４ ｍｍ 直径圆柱在不同风速情况下 的风噪声，再进行风噪声的降噪措施研究，降噪措施主 要有以下三种方法①缠绕螺旋线；②节径突起；③增 加轴向辅加线。 三种降噪措施，如图 ２ 所示。 （ａ） 缠绕扰流线（左对立布置，右紧贴布置） （ｂ） 节径突出 （ｃ） 添加轴向附加线 图 ２ 三种抑噪措施 Ｆｉｇ． ２ Ｔｈｒｅｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ａｏｅｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ 针对以上三种抑噪措施，分别进行了如表 １ 所示 的研究工况。 对于绕螺旋线的降噪方式，绕流线直径 为 ４ ｍｍ；对于节径突起的降噪方式，节径突出高度为 ２ ｍｍ，宽度为 ２ ｃｍ；对于添加轴向附加线的降噪方式，附 加线直径为 ４ ｍｍ，０为正迎风方向。 图 ３ 为三种抑噪 措施的试件。 表 １ 抑噪措施的试验工况 Ｔａｂ． １ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ 降噪措施工况说明 绕螺旋线 １ 根（间距 ２． ５ ｃｍ、５ ｃｍ、１０ ｃｍ、２０ ｃｍ）；２ 根紧贴 布置（间隔 ２０ ｃｍ）、２ 根对立布置（间隔 ２０ ｃｍ）。 节径突起间隔 ５ ｃｍ、间隔 １０ ｃｍ。 轴向 附加线 １ 根（０、４５、９０、１３５、１８０）；２ 根（４５、１３５）；２ 根（９０、２７０ 即横风向）；２ 根（０、１８０ 即顺风 向）；４ 根（０、９０、１８０、２７０）；４ 根（４５、１３５、 ２１５、３１５）。 图 ３ 各种抑噪措施的试件 Ｆｉｇ． ３ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｓ ２ 风噪声的数据处理 试验获得采样点的声压时程，通过频域分析可得 ３５第 ２３ 期沈国辉等 光滑圆柱风噪声的降噪措施研究 噪声声压级（Ｓｏｕｎｄ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ， ＳＰＬ） ＳＰＬ ＝ ２０ｌｇ（ｐ／ ｐｒｅｆ）（１） 式中ｐ 为采样点的声压；ｐｒｅｆ为参考声压；即人的听觉 下限声压；为２ １０ －５ Ｐａ。 累计各个倍频段的声压级可 计算采样点的总声压级（ＯＡＳＰＬ） ＯＡＳＰＬ ＝ １０ｌｇ∑ ｆｍａｘ ｆｍｉｎ １００． １ＳＰＬ（ｆ）（２） 式中ｆｍｉｎ为所研究的声频率下限，一般可取人的听觉下 限频率，即 ２０ Ｈｚ；ｆｍａｘ为所研究的声频率上限，一般可 取人的听觉上限频率，即 ２０ ０００ Ｈｚ。 绕流涡脱的频率特征采用斯特罗哈数 Ｓｔ 表示，定 义为 Ｓｔ ＝ ｆｓＤ／ Ｖ（３） 式中ｆｓ为漩涡脱落的卓越频率；Ｄ 为圆柱直径；Ｖ 为风 速。 雷诺数处于亚临界范围的圆柱绕流，其 Ｓｔ 数约为 ０． ２。 人耳对声音强弱的主观感觉与声压级、频率有 关［１４］，因此对获得的声音信号采用计权分析，通常采用 Ａ 计权网络对各频带声压级进行修正，如图 ４ 所示。 图 ４ Ａ 计权的特性曲线 Ｆｉｇ． ４ Ａ⁃ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｃｕｒｖｅ 此外，因实际工程中输电线跨度很长，容易受到风 的影响而产生振动。 文献［１５］结果表明，因振动产生 的风致噪声属于单极子噪声，而本文所研究的风噪声 为导线表面的漩涡脱落产生的偶极子噪声，其能量远 远高于单极子噪声。 故在风洞实验中不考虑因振动产 生的单极子噪声。 ３ 光滑圆柱风噪声的频谱特征 ＺＤ⁃２ 声学风洞在试验风速下的背景噪声，如图 ５ 所示。 由图 ５ 可知，不同风速下的背景噪声属于随机 噪声，没有出现显著的峰值。 针对 ２４ ｍｍ 直径圆柱进行分析，图 ６ 为圆柱在 １０ ～２５ ｍ／ ｓ 风速下的声压级频谱。 由图可见①各个风 速的声压级频谱均存在显著峰值，说明均产生了显著 的圆柱绕流风噪声；②随着风速的增长，所测得的风噪 声声压级明显提高，在风速为 １０ ｍ／ ｓ 时卓越声压级为 ４５ ｄＢ 左右，在 ２５ ｍ／ ｓ 时超过了 ７０ ｄＢ。 （ａ） １０ ｍ／ ｓ （ｂ） １５ ｍ／ ｓ （ｃ） ２０ ｍ／ ｓ （ｄ） ２５ ｍ／ ｓ 图 ５ 声学风洞的背景噪声 Ｆｉｇ． ５ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｕｎｎｅｌ 图 ６ ２４ ｍｍ 圆柱风噪声声压级频谱 Ｆｉｇ． ６ ＳＰＬ ｏｆ ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ２４ ｍｍ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ 基于声压级频谱获得输电线风噪声的卓越频率， 如图 ７ 所示。 由图可见①圆柱风噪声的卓越频率随 着风速的增大而呈线性增大；②根据式（３）反算获得 ４ 组风速的 Ｓｔ 数，数据基本一致，在 ０． １９７ ～０． ２００，与圆 柱在雷诺数为亚临界时的 Ｓｔ 数 ０． ２ 一致。 ４５振 动 与 冲 击 ２０２０ 年第 ３９ 卷 图 ７ ２４ ｍｍ 圆柱风噪声的卓越频率 Ｆｉｇ． ７ Ｐｅａｋ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ｏｆ ２４ ｍｍ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ４ 缠绕螺旋线的降噪措施研究 图 ８ 给出了 １５ ｍ／ ｓ 和 ２０ ｍ／ ｓ 风速下缠绕扰流线 后的圆柱风噪声声压级频谱，可以发现①在光滑圆柱 风噪声卓越频段处，显著降低了风噪声声压级，所有布 置形式均消除了光滑圆柱的频谱尖峰，降噪幅度超过 了 １０ ｄＢ，即说明缠绕螺旋线具有很好的降噪效果；② 由于 １５ ｍ／ ｓ 和２０ ｍ／ ｓ 试验结果反映的趋势比较接近， 同时后面其他降噪试验也基本反映了该特征，因此后 面均只给出 １５ ｍ／ ｓ 的试验结果。 （ａ） 来流 １５ ｍ／ ｓ 工况 （ｂ） 来流 ２０ ｍ／ ｓ 工况 图 ８ 缠绕扰流线的降噪结果 Ｆｉｇ． ８ Ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐｉｒａｌ ｒｏｄｓ 表 ２ 列出了 １５ ｍ／ ｓ 风速的 Ａ 计权总声压级及降 噪效果（负值表示增加的噪声），由表 ２ 可知①所有绕 螺旋线的试验结果具有降噪作用，基于 Ａ 计权总声压 级的降噪在 ０ ～３ ｄＢ；②布置一根扰流线时，在间距 ２０ ｃｍ 时 Ａ 计权总声压级降噪效果为 ０． ３３ ｄＢ，在 １０ ｃｍ 时为 １． ２２ ｄＢ，在 ５ ｃｍ 时为 ２． ３７ ｄＢ，在 ２． ５ ｃｍ 时为 ２． １１ ｄＢ，可见降噪效果随间距缩小而增大并趋稳定的 趋势；③对于间距２０ ｃｍ 的三个工况（１ 根间距２０ ｃｍ、２ 根紧贴、２ 根对立），布置 ２ 根绕流线时，相比于 １ 根扰 流线（间距２０ ｃｍ）的降噪效果时明显更好，原因为２ 根 紧贴实际上可看作一根４ ｍｍ 高８ ｍｍ 宽的粗扰流线，２ 根对立基本上可以看成 １０ ｃｍ 间距的一根扰流线。 表 ２ 缠绕扰流线 Ａ 计权总声压级 Ｔａｂ． ２ ＯＡＳＰＬ（Ａ） ａｆｔｅｒ ｂｏｕｎｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐｉｒａｌ ｒｏｄｓ 工况ＯＡＳＰＬ（Ａ）降噪效果／ ｄＢ 光滑圆柱５３． ６１０ １ 根，２０ ｃｍ５３． ２８０． ３３ １ 根，１０ ｃｍ５２． ３９１． ２２ １ 根，５ ｃｍ５１． ２４２． ３７ １ 根，２． ５ ｃｍ５１． ５０２． １１ ２ 根紧贴，２０ ｃｍ５２． ６０１． ０１ ２ 根对立，２０ ｃｍ５１． ９２１． ６９ ５ 添加节径突起的降噪措施研究 图９ 给出了１５ ｍ／ ｓ 风速下添加节径突起后的圆柱 风噪声声压级频谱，由图可知①在添加突起后风噪声 存在频谱尖峰，但卓越频率及卓越声压级较光滑圆柱 均减小；②间距 ５ ｃｍ 工况的改变量（卓越频率减小 １２ Ｈｚ，卓越声压级减小 ４ ｄＢ）大于间距 １０ ｃｍ 工况（卓越 频率减小 ５ Ｈｚ，卓越声压级减小 ２ ｄＢ）；③添加节径突 起降噪效果不是很显著。 图 ９ 添加节径突起的降噪结果 Ｆｉｇ． ９ Ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ 表 ３ 给出了 Ａ 计权总声压级的降噪效果，由图可 见①添加节径突起也具有一定的降噪效果，对于 Ａ 计 权总声压级，降噪效果在 ０． ５ ｄＢ 以内，间距 ５ ｃｍ 工况 降噪效果好于间距 １０ ｃｍ 工况；②相比于缠绕扰流线 的降噪方式，添加节径突起方法的降噪效果较弱。 ６ 添加轴向附加线的降噪措施研究 图 １０ 给出了添加 １ 条附加线情况在 １５ ｍ／ ｓ 风速 下的风噪声声压级频谱，由图可见①添加轴向附加线 ５５第 ２３ 期沈国辉等 光滑圆柱风噪声的降噪措施研究 的降噪效果不显著，风噪声的卓越频率依旧存在，不同 附加线位置下的卓越频率和声压级有较大差别；②部 分附加线位置下可见更为显著的风噪声声压级，附加 线处于 ９０时在约 １００ Ｈｚ 生成了频谱尖峰，对应 Ｓｔ 数 约 ０． １５，卓越声压级峰值超过了光滑圆柱的声压级，即 没有降噪效果反而增强了圆柱风噪声；③４５工况出现 了明显增大的卓越频率，对应 Ｓｔ 数约 ０． ２５，卓越声压 级与光滑圆柱卓越声压级差距不大；其他角度下，对应 Ｓｔ 数在 ０． １８ ～０． １９，同光滑圆柱的卓越频率相差不大。 表 ３ 添加节径突起的 Ａ 计权总声压级 Ｔａｂ． ３ ＯＡＳＰＬ（Ａ） ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｊｏｉｎｔｓ 工况ＯＡＳＰＬ（Ａ）降噪效果／ ｄＢ 光滑圆柱５３． ６１０ 间距 ５ ｃｍ５１． ７００． ３０ 间距 １０ ｃｍ５３． ６００． ０１ 图 １０ 添加单根附加线的降噪结果 Ｆｉｇ． １０ Ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｏｎｅ ａｃｃｅｓｓｉｏｎａｌ ｌｉｎｅ 表 ４ 给出了添加 １ 根辅助线工况的 Ａ 计权总声压 级，由表可见①各种夹角下降噪效果一般；②在 ０和 ４５出现了负面的效果，即没有降噪效果，反而增强了 Ａ 计权总声压级。 表 ４ 添加 １ 根辅助线的 Ａ 计权总声压级 Ｔａｂ． ４ ＯＡＳＰＬ（Ａ） ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ｏｎｅ ａｃｃｅｓｓｉｏｎａｌ ｌｉｎｅ 工况ＯＡＳＰＬ（Ａ）降噪效果／ ｄＢ 光滑圆柱５３． ６１０ １ 根，０５３． ７８－０． １７ １ 根，４５５４． ６５－１． ０４ １ 根，９０５３． ４６０． １５ １ 根，１３５５１． ９８１． ６３ １ 根，１８０５３． ２３０． ３８ 图 １１ 给出了添加 ２ 条和 ４ 条附加线的结果，由图 可知①可以发现，添加 ２ 条和 ４ 条附加线的降噪效果 较差，均出现显著的卓越频率；②对于卓越声压级，４ 根 ４５工况的结果最大，超过光滑圆柱卓越声压级达 １２ ｄＢ，２ 根横风向和 ４５工况卓越声压级基本相同，２ 根顺 风向工况对光滑圆柱风噪声影响最小，卓越声压级大 于光滑圆柱约２ ～３ ｄＢ；③对于卓越频率，２ 根横风向工 况的结果最小，两种风速下卓越频率对应 Ｓｔ 数仅为 ０． １２，远小于光滑圆柱，４ 根辅助线工况的卓越频率对 应 Ｓｔ 数为 ０． １３ ～０． １４。 图 １１ 添加 ２ 根和 ４ 根附加线的降噪结果 Ｆｉｇ． １１ Ｎｏｉｓｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｄｄｉｎｇ ｔｗｏ ａｎｄ ｆｏｕｒ ａｃｃｅｓｓｉｏｎａｌ ｌｉｎｅｓ 表 ５ 给出了添加 ２ 根和 ４ 根辅助线工况的 Ａ 计权 总声压级，由表可见①各种夹角下降噪效果一般；② 在一些工况下，如 ２ 根顺风向布置和 ４ 根 ４５布置等反 而增强了 Ａ 计权总声压级。 表 ５ 添加 ２ 根和 ４ 根附加线 Ａ 计权总声压级 Ｔａｂ． ５ ＯＡＳＰＬ（Ａ） ａｆｔｅｒ ａｄｄｉｎｇ ｔｗｏ ａｎｄ ｆｏｕｒ ａｃｃｅｓｓｉｏｎａｌ ｌｉｎｅｓ 工况ＯＡＳＰＬ／ （Ａ）降噪效果／ ｄＢ 光滑圆柱５３． ６１０ ２ 根，顺风向５３． ８３－０． ２２ ２ 根，４５５２． ９９０． ６２ ２ 根，横风向５２． ８５０． ７６ ４ 根，０５１． ９３１． ６８ ４ 根，４５５４． ５６－０． ９５ ７ 结 论 本文在声学风洞中进行光滑圆柱的各种降噪措施 研究。 主要结论有 （１） 光滑圆柱存在显著的圆柱绕流风噪声，圆柱 风噪声的卓越频率随着风速的增大呈线性增大，卓越 频率反算的 Ｓｔ 数范围为 ０． １９７ ～０． ２００，且随着风速的 增加，卓越频率对应的风噪声声压级显著提高。 （２） 对于缠绕扰流线的降噪措施，所有工况均减 小了光滑圆柱的卓越频段噪声，降噪效果超过了 １０ ｄＢ；Ａ 计权总声压级的降噪效果在 ０ ～３ ｄＢ，降噪效果 显著；缠绕间距较小时降噪效果较好；采用两根扰流线 并列布置的降噪效果强于单根扰流线。 （３） 对于节径突起的降噪措施，２ 种间距的突起均 部分降低了光滑圆柱的卓越频段噪声，但总体上降噪 效果一般；节径突起的间距较小时降噪效果越好，Ａ 计 权总声压级的降噪效果在 ０ ～２ ｄＢ。 （４） 对于添加轴向附加线的降噪措施，所有工况 均仍存在卓越频段噪声，降噪效果不好，一些工况还出 现了增加噪声的效果；不同附加线位置下的卓越频率 ６５振 动 与 冲 击 ２０２０ 年第 ３９ 卷 和声压级有较大差别，添加 ２ 条和 ４ 条附加线的卓越 频段噪声比光滑圆柱显著增加特别明显，其中 ４ 根 ４５ 布置时超过 １２ ｄＢ。 （５） 光滑圆柱抑噪措施的建议缠绕扰流线的降 噪效果最强，添加节径突起次之，沿轴向添加附加线的 降噪效果最差，甚至出现了增大风噪声的情况。 对于 直径２４ ｍｍ 左右的圆柱，建议采用单根直径４ ｍｍ 的圆 形扰流线、１０ ｃｍ 的间距布置，若采用两根扰流线并列 布置可获得更好的降噪效果。 参 考 文 献 ［ １］ 尤传永． 输电线路低噪声导线的开发研究［Ｊ］． 电力建 设， ２００５， ２６（９） １⁃５． ＹＯＵ Ｃｈｕａｎｙｏｎｇ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ ［ Ｊ ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ２００５， ２６（９） １⁃５． ［ ２］ ＩＣＨＩＤＡ Ｙ． Ｌａｔｅｓｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｊａｐａｎｅｓｅ １ ０００ ｋＶ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ［ Ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ３１ｓｔｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｓ Ｇｒａｎｄｓ Ｒｅｓｅａｕｘ Ｅｌｅｃｔｒｉｑｕｅｓ， Ｐａｒｉｓ， １９８８． ［ ３］ ＴＳＵＪＩＭＯＴＯ Ｋ， ＦＵＲＵＫＡＷＡ Ｓ， ＳＨＩＭＯＪＩＭＡ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＮＳ⁃ＴＡＣＳＲ ｗｉｔｈ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ５００ｋＶ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ［Ｊ］． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ， １９９１，６ （４） １５８６⁃１５９２． ［ ４］ 张红虎， 何其乐， 朱敏捷． 山地居住环境中输电线风噪声 分布的仿真研究［Ｊ］， 华中建筑， ２０１８（６）３５⁃３７． ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇｈｕ， ＨＥ Ｑｉｌｅ， ＺＨＵ Ｍｉｎｊｉｅ． Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ⁃ｉｎｄｕｃｅｄ ｎｏｉｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎｍｏｕｎｔａｉｎｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ［ Ｊ ］．Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ， ２０１８（６）３５⁃３７． ［ ５］ ＯＳＡＭＵ Ｉ， ＮＯＺＯＭＵ Ｈ．Ｓｏｕｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ａ ｔｗｏ⁃ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｉｎ ａ ｕｎｉｆｏｒｍ ｆｌｏｗ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， ２００２， ４７１２８５⁃３１４． ［ ６］ ＲＥＶＥＬＬ Ｊ Ｄ， ＰＲＹＤＺ Ｒ Ａ， ＨＡＹＳ Ａ Ｐ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｎｏｉｓｅ ｖｓ ｄｒａｇ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｆｏｒ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ［Ｊ］． ＡＩＡＡ Ｊｏｕｒｎａｌ， １９７８， １６（９）８８９⁃８９７． ［ ７］ 沈国辉， 张扬， 余世策， 等． 光滑圆柱风噪声的风洞试验 研究， 振动与冲击，２０１８， ３７（７）８５⁃９０． ＳＨＥＮＧｕｏｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＹａｎｇ，ＹＵＳｈｉｃｅ，ｅｔａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｕｓｉｎｇ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔｉｎｇ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ， ２０１８， ３７（７）８５⁃９０． ［ ８］ 朱云祥， 沈国辉， 陈梁金， 等． 不同外径输电线风噪声的 试验研究［Ｊ］． 振动与冲击， ２０１９，３８（６）４０⁃４５． ＺＨＵ Ｙｕｎｘｉａｎｇ， ＳＨＥＮ Ｇｕｏｈｕｉ， ＣＨＥＮ Ｌｉａｎｇｊｉｎ， ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｅｏｌｉａｎｎｏｉｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈｏｃｋ， ２０１９，３８（６） ４０⁃４５． ［ ９］ ＦＵＪＩＴＡ Ｈ． Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｅｏｌｉａｎ ｔｏｎｅ ｒａｄｉａｔｅｄ ｆｒｏｍｔｗｏ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ［ Ｊ ］．ＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２０１０， ４２（１）１５４⁃１６８． ［１０］ ＹＯＳＨＩＤＡ Ｍ， ＫＯＩＫＥ Ｍ， ＦＵＫＡＮＯ Ｔ． Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａｅｏｌｉａｎ ｔｏｎｅｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｓｑｕａｒｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｗｉｔｈ ｒｏｕｎｄｅｄ ｃｏｒｎｅｒｓ ［Ｊ］． ＡＩＡＡ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２００３，３２１８１⁃９． ［１１］ ＧＥＹＥＲ Ｔ， ＳＡＲＲＡＤＪ Ｅ， ＨＥＲＯＬＤ Ｇ． Ｆｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｗｉｔｈ ｓｏｆｔ ｐｏｒｏｕｓ ｃｏｖｅｒ ［Ｃ］ ／ ／ ＡＩＡＡ／ ＣＥＡＳ ２１ｓｔ Ａｅｒｏａｃｏｕｓｔｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ２０１５． ［１２］ ＡＬＯＭＡＲ Ａ， ＡＮＧＬＡＮＤ Ｄ， ＺＨＡＮＧ Ｘ， ｅｔ ａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｅｍｉｔｔｅｄ ｂｙ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｎｄ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ， ２０１４， ３３３ ６４７４⁃６４９７． ［１３］ 张扬， 沈国辉， 余世策， 等． 输电线风噪声的声学风洞试 验［ Ｊ］． 浙 江 大 学 学 报 （ 工 学 版）， ２０１７， ５１ （ ８ ） １４９４⁃１４９９． ＺＨＡＮＧＹａｎｇ，ＳＨＥＮＧｕｏｈｕｉ，ＹＵＳｈｉｃｅ，ｅｔａｌ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ａｅｏｌｉａｎ ｎｏｉｓｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｕｓｉｎｇ ｗｉｎｄ ｔｕｎｎｅｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ［ Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ ），２０１７，５１ （ ８ ） １４９４⁃１４９９． ［１４］ 马大猷． 噪声与振动控制工程手册［Ｍ］． 北京机械工业 出版社， ２００２． ［１５］ ＷＩＬＬＩＡＭＳ Ｊ Ｅ Ｆ， ＨＡＷＫＩＮＧＳ Ｄ Ｌ． Ｓｏｕｎｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｉｎ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｍｏｔｉｏｎ［Ｊ］． Ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｉｃａｌ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｙａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， １９６９， ２６４３２１⁃３４２． ７５第 ２３ 期沈国辉等 光滑圆柱风噪声的降噪措施研究
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