物理性污染控制

物理环境要素是人类所需，不仅研究污染控制，而且研究适宜人类活动的物理条件(声、光、热、电等)物理性污染定义、特点、研究内容环境物理学的研究特点:注重物理现象的定量研究----污染程度由量决定物理性污染定义:物理因素的强度超过人的耐受限度。特点：本身对人无害，当强度过高或过低时，会危害人的健康和生态环境，造成污染或异常。局部性，在环境中不残留。噪声定义：1、从物理学角度：无规则、非周期振动物体发出的声音（各种频率和声强杂乱无序组合的声音）。2、从医学角度：超过60分贝的声音。3、从心理学角度：人们不需要的声音。4、从环境学角度：人们不需要的,并对周围环境造成不良影响的声音。噪声污染：指当所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。噪声是声的一种，具有声波的一切特性，主要来源于固体、液体、气体的振动；产生噪声的物体或机械设备称为噪声源。噪声的分类发声机理---------机械噪声：如织机、球磨机、电据等发出的声音。如通风机等发出的声音。空气动力性噪声：如通风机、空压机等发出的声音电磁噪声：如发电机、变压器等发出的声音。客观环境噪声---自然噪声：风声，雨声等人为噪声：主要指随着工业和科技发展，各种机械、电器和交通噪声等 噪声的影响一引起耳聋耳聋标准：听力损失25dB；轻度聋：25~40dB，中度聋：40~55dB；显著聋：55~70dB；重度聋：70~90dB；极端聋：＞90dB。二诱发疾病：噪声声级越高，对人体的影响越大。三影响生活：经常性噪声导致睡眠不足，出现头昏、头痛现象；＜40dB(A)影响睡眠较小；＞55dB(A)严重干扰睡眠；60dB(A)突发噪声使70%睡觉的人惊醒。普通说话声一般为60dB(A)，两人相距1.5m距离交谈，若此时环境噪声为50dB(A)，双方可轻松交谈；噪声到60dB(A)，还能满意地对话；当噪声到66dB(A)，须提高声音，才能听得清楚；当噪声达到90dB(A)以上时，则根本无法交谈。四影响工作五噪声损害设备和建筑物特强噪声（>140dB）、极强噪声（>170dB）会损坏仪器，设备和建筑结构，带来灾难性破坏。噪声控制的途径：声源→传播途径→接收器控制噪声源传播途径措施保护接收器声源控制:最根本最有效 （1）选用内阻尼大、内摩擦大的低噪声新材料 （2）改进结构，提高加工精度和装配质量 （3）改善或更换动力传递系统和采用高新技术，对工作机构从原理上进行革新 （4）改革生产工艺和操作方法声传播途径中的控制：1)闹静分开2)利用声源的指向性降低噪声3)利用地形地物降噪4)绿化降噪5)利用声学控制手段降噪接收器的保护措施1）佩戴护耳器如耳罩、防声盔等2）减少在噪声环境中的暴露时间 3）根据听力检测结果，适当调整在噪声环境中的工作人员。噪声控制的程序声源调查：测量噪声，进行数据处理和噪声特性分析标准选择：根据声源及噪声所影响的环境，选择噪声允许标准；方案初设：根据降噪量和噪声的频谱特性，设计控制方案方案论证：论证控制方案能否达标，包括声质量、经济性、适应性评价；综合评价：控制措施实施后，再进行测量，综合分析评价是否达到控制目标，否则应重新设计，直至达到标准。三）噪声控制的原则：坚持“预防为主”、“防治结合”、“三同时”、科学性、先进性和经济性原则。四）噪声控制的措施：1.行政管理措施2.规划性措施声学基础声波：声源振动带动相邻的介质质点，使之交替进行压缩和膨胀运动，由近及远向前推进的介质振动。声波分为纵波横波空气中声波是一种纵波。声波的基本物理量：频率f；波长λ；声速c。f表示每秒振动一次称1赫兹（Hz）。媒质每秒钟振动的次数越多，其频率就越高。周期（T）：质点振动往复一次所需时间,s。频率和周期互为倒数。频率与振动圆频率的关系为：ω=2πf波长:是两相邻波对应相同点之间的距离，即振动经过一个周期声波传播的距离，m。声速:声波在媒质中传播的速度，m/s。(在任何介质中，声速的大小只取决于媒质的弹性和密度，与声源无关。)气体中声速为c= ρ0——媒质处于平衡态时的密度，kg／m3P0——媒质处于平衡态时的压强，Pa；空气γ=1.4波长、频率和声速之间的关系为c=λ*f声音的频谱一)频程（频带、带宽）：将可听声的频率范围（20Hz～20kHz）按倍数变化，划分为若干较小的频段，通常称为频程。在噪声测量中，常用的有倍频程和1/3倍频程。频谱及频谱分析频谱：组成声音的各种频率的分布图。频谱分析：研究声音强度(声压级、声强级、声功率级)随频率分布的规律。频谱的形状：线状谱连续谱复合谱大部分噪声属于连续谱.在噪声控制中，频谱图中声压级比较突出的部分及其所对应的频率是重点控制目标。声音的波动方程声波传递的基本方程：（一）运动方程（二）连续性方程（三）物态方程声波在传播过程中，同一时刻相位相同的点构成的面（轨迹）称为波阵面沿传播方向与波振面垂直或正交的一系列直线称声线。波阵面与传播方向垂直的波称平面声波。当距离声源足够远时，所以声波均可视为平面波。声压:物体振动使空气中产生交变压力，单位面积上所承受的声音压力。声场:有声波存在的区域称为声场.在一定时间间隔内将瞬时声压对时间求均方根值可得到有效声压。一般用电子仪器测得的声压即是有效声压。质点振动速度和声阻抗率 质点震动速度u与声速c不同。声阻抗率与声波频率、幅值等无关，仅与媒质密度和声速有关，是媒质固有的一个常数。当声波从一种媒质传播到另一种媒质的有效界面时，两种媒质的声阻抗率将决定声波反射和透射的强度。四）声能密度、声强和声功率声能密度：单位体积媒质所含的声波能量。声场中某点总平均声能密度为---（在理想媒质中，平面波的平均声能密度与距离无关，在传播范围内处处相等，这也是理想媒质的特征之一。）声强（I）：在声波传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的平均声能量，W／m2。声强与声压的关系式影响声强的因素:如声源辐射具有一定的指向性，声波在传播过程中会发生反射、折射、扩散衰减和被吸收等现象，这些因素都使声强随距声源距离的增加而降低，说明声强与环境有关。声功率（W）：声源单位时间内辐射的能量，瓦(W)。（2-35）声功率仅是声源总功率中以声波形式辐射出来的一小部分功率。声压级（Lp）：声压的平方与一个基准的声压平方的比值的对数值声压级计算声压级相加：声能量可以代数相加；声压不能直接相加总声压级LP=LP'+101gn二）声压级相减公式：声压级平均计算平均声压级的目的：计算指向性指数一点多次测量的结果声波的传播特性一）声波的叠加声波的叠加原理是多列声波合成声场的瞬时声压等于每列波瞬时声压之和。相干波：具有相同频率、相同振动方向和固定相位差的声波。不相干波：具有不同频率，而有固定相位差的声波；或者有无规则变化相位差的的声波。声波的反射、透射和折射声波在传播过程中遇到障碍物、不均匀媒质或者不同媒质时，在两媒质的界面会发生反射、折射和透射现象。ρ1c1=ρ2c2，声波无反射，是全透射。ρ2c2>ρ1c1，媒质II比媒质I“硬”ρ2c2>>ρ1c1，声波发生全反射。如，声波从空气中入射到水(或墙)的界面上。ρ1c1>ρ2c2，媒质Ⅱ比媒质I“软”；ρ1c1>>ρ2c2，在媒质I中，入射声压与反射声压在界面处大小相等、相位相反，总声压达到极小，近似等于〇，而质点速度达到极大，在媒质Ⅱ中无透射声波。c1>c2，则θi>θt，即折射线靠向法线；c1<c2，则θi<θt，即折射线远离法线。可见，两种媒质声速不同，声波将发生折射。即使同一种媒质，因某种原因引起声速分布不同，也会发生折射。c1<c2，总有θt>θ,当θι=θc，使得θ＝90°, 即折射波沿界面传播，θc称为全反射临界角；θt>θc，则θt>90°，无透射波，入射波全部反射回媒质I。P27三）噪声在传播中的衰减------P27声波在实际媒质中传播时，由于扩散、吸收、散射等原因，随离开声源的距离增加，声音逐渐减弱。扩散引起的衰减扩散衰减：声源辐射噪声时，声波传播，波阵面随距离增加而增大，声强随之减弱的现象。声波的扩散衰减与声源的形状有关:(1)点声源辐射(2)线声源辐射3)矩形面声源点声源辐射:点声源在自由空间中的辐射声压与声功率级的关系Lp=LW−20lgr−11点声源在半自由空间中的辐射Lp=LW−20lgr−8对点声源辐射的球面波或半球面波的扩散衰减，声压随距离衰减的关系式为:线声源辐射线声源辐射的噪声，一般为道路交通噪声。设线声源长l，声源到测点距离为r0,当声源为无限长线声源（即r0≤l/π）时当r0＞l/π时，将线声源视为点声源。2.空气吸收引起的衰减声波在空气中传播衰减的原因:(1)声能转变为热能空气压缩和膨胀，温度相应升高和降低，产生温度梯度，以热传导方式发生热交换；空气中相邻质点运动速度不同而产生粘滞力。(2)热弛豫声能耗散声波扰动，使空气分子的平动能、转动能和振动能三种能量平衡破坏，建立新的平衡，声能被耗散。此过程称为热弛豫过程。空气对声波的吸收与空气的温度、湿度和声波的频率有关。声源向周围辐射的声能不均等，有些地方强些，有些地方弱些，这种声源称为指向性声源。声源的指向性与频率有关。声源的指向性常用指向性因数和指向性指数来表示。指向性因数：指向性指数:Q=1或DI=0的声源称为无指向性声源第三节噪声的评价和标准一噪声的评价量和评价方法（一）响度、等响曲线和响度级（二）A声级和等效连续A声级（三）昼夜等效声级（四）统计声级（五）更佳噪声标准（PNC）曲线（六）噪声评价数（NR）曲线一）响度、等响曲线和响度级响度级定义：调节1000Hz纯音的声压级，使大量受试者判断，若某声源的噪声听起来与该纯音一样响亮，则该纯音的声压级值就定义为该噪声的响度级。等响曲线：对各个频率的声音作试听比较，得到达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，通常称为等响曲线。响度“宋”(sone)定义：正常听者判断一个声音比响度级为40phon参考 声强响的倍数响度级为40phon时响度为1sone。描述声音大小的主观感觉量响度N与响度级LN的关系式为:LN=40+10log2N。 响度不能直接测量，而通过计算得到。斯蒂文斯响度--p33总响度计算公式Nt=Nmax+F(∑Ni−Nmax)式中Nt——噪声的总响度，sone；Ni——某频率和声压级对应的响度指数，sone；Nmax——Ni中最大的一个响度指数，sone；F——计权因子。A声级和等效连续A声级A声级（A计权声级）A----A声级能较好地反映稳态宽频带噪声，国际公认用A声级作为保护听力和健康、以及环境噪声的评价量。是一个单一的数值，可以直接测量。D计权网络常用于航空噪声评价。计权声级：通常对不同频率声音的声压级经某一特定的加权修正后，再叠加计算可得到噪声的总声压级，此声压级称为计权声级。LAp=Lp+ΔLA'2.等效连续A声级定义：某时段内的非稳态噪声的A声级，用能量平均的方法，以一个连续不变的A声级来表示该时段内噪声的声级。对于等时间间隔取样，若时间划分的段数为，则有背景噪声L90：整个测量时间内噪声级高于L90声级的时间占90%。中间值噪声L50：整个测量时间内噪声级高于L50声级的时间占50%。峰值噪声L10：整个测量时间内噪声级高于L10声级的时间占10%。更佳噪声标准（PNC）曲线-------------P38环境噪声标准：1.产品噪声标准2.噪声排放标准3.环境质量标准第四节噪声控制技术——吸声吸声技术通过吸声材料和吸声结构来降低噪声。吸声降噪是控制室内噪声常用的技术措施。一般情况下，吸声控制能使室内噪声降低约3～5dBA，使噪声严重的车间降噪6～10dBA。吸声系数：材料吸收的声能（Ea）与入射到材料上的总声能(Ei）之比（不考虑透射）工程设计中常用的吸声系数有：混响室法吸声系数(无规入射吸声系数)αT驻波管法吸声系数(垂直入射吸声系数)α0(二)吸声量（等效吸声面积）A=α*SA——吸声量，m2；α——某频率声波的吸声系数S——吸声面积，m2。【注】工程上通常采用吸声量评价吸声材料的实际吸声效果。总吸声量：若组成室内各壁面的材料不同，则壁面在某频率下的总吸声量为三)多孔吸声材料:多孔吸声材料是应用最广泛的吸声材料。目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维为主。吸声原理：声波入射到多孔吸声材料的表面时，部分声波反射，部分声波透入材料内部微孔内，激发孔内空气与筋络发生振动，空气与筋络之间的摩擦阻力使声能不断转化为热能而消耗；空气与筋络之间的热交换也消耗部分声能，从而达到吸声的目的。多孔吸声材料：特点中、高频声吸收效果好，低频声吸收效果差。原因：低频声波激发微孔内空气与筋络的相对运动少，摩擦损小，因而声能损失少，而高频声容易使振动加快，从而消耗声能较多。厚度越大，低频时吸声系数越大；＞2000Hz，吸声系数与材料厚度无关；增加厚度，可提高低频声的吸收效果，对高频声效果不高若吸声材料层背后为刚性壁面，最佳吸声频率出现在材料的厚度等于该频率声波波长的1/4处。护面层：穿孔板的穿孔率应大于20%（一）薄板共振吸声结构-----共振薄板共振吸声结构的共振频率：M增大或D增加，共振频率下降。通常取薄板厚度3～6mm，空气层厚度3～10mm，共振频率多在80～300Hz之间，故一般用于低频吸声。吸声频率范围窄，吸声系数不高，约为0.2～0.5。(二)穿孔板共振吸声讨论...1）穿孔面积越大，吸声的频率越高；空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。2）工程设计中，穿孔率控制为1%～10%，最高不超过20%，否则穿孔板就只起护面作用，吸声性能变差。.3）一般板厚2～13mm，孔径为2～10mm，孔间距为10～100mm，板后空气层厚度为6～100mm时，则共振频率为100～400Hz，吸声系数为0.2～0.5。当产生共振时，吸声系数可达0.7以上。吸声带宽：设在共振频率f0处的最大吸声系数为α，则在f0左右能保持吸声系数为α/2的频带宽度。【讨论】多孔穿孔板共振吸声结构的吸声带宽和腔深有很大关系，而腔深又影响共振频率的大小，故需合理选择腔深。改善多孔穿孔板共振吸声性能的措施：①组合几种不同尺寸的共振吸声结构，分别吸收一小段频带，使总的吸声频带变宽；②在穿孔板后面的空腔中填放一层多孔吸声材料，材料距板的距离视空腔深度而定；③穿孔板孔径取偏小值，以提高孔内阻尼；④采用不同穿孔率、不同腔深的多层穿孔板结构，以改善频谱特性；⑤在穿孔板后蒙一薄层玻璃丝布等透声纺织品，以增加孔颈摩擦，吸声频带变宽。三)微穿孔板吸声结构结构特征：厚度小于1mm的金属薄板上穿孔，孔径小于1mm、穿孔率1%～5%，安装方法同薄板共振吸声结构，后部留有一定厚度的空气层，起到共振薄板的作用。空气层内不填任何吸声材料。单层-0--双层优点：吸声系数大，吸声频带宽；克服了穿孔板共振吸声结构吸声频带较窄的缺点；构造简单；设计理论成熟；耐高温、耐腐蚀，不怕潮湿和冲击，甚至可承受短暂的火焰，适用环境广泛，包括一般高速气流管道中。缺点：孔径小，易堵塞，宜用于清洁场所。1、多孔吸声材料，主要吸收中、高频噪声，吸收频带集中在中、高频区域。2、多孔吸声材料背衬空腔，最大吸声频率向低频移动，材料吸收频带提高较大。3、穿孔板背衬多孔吸声材料，不仅能较好吸收低频噪声，而且吸声频带增宽。4、穿孔板吸声吸声结构吸声频带很窄。5、穿孔板背衬纤维布，吸声频带变宽。6、微穿孔板较穿孔板，吸声频带宽很多。室内吸声降噪(一)室内声场室内声场按声场性质分为：直达声场：由声源直接到达听者，是自由声场；混响声场：经过壁面一次或多次反射。扩散声场：声能密度处处相等，声波在任一受声点上各个传播方向作无规分布的声场。主看平均吸声系数.声能密度忽略2.混响时间定义：室内声场达到稳态后，声源立即停止发声，室内声能密度衰减到原来的百万分之一，即声压级衰减60dB所需要的时间，记作T60，单位秒（s）。意义：表示声源停止发声后衰减的快慢。房间V一定，∵吸声量A=Sα,∴A愈大，T60愈小通过调整各频率的平均吸声系数，获得各主要频率的最佳T60，使室内音质达到良好。(二)室内声压级1）.直达声场一个各向发射均匀的点声源，声强I=W/4πr2声能密度与声强的关系为D=I/c所以对于指向性因数为Q的声源，在距声源中心r处的直达声声能密度为2）.混响声场房间常数混响声能3）.室内总声场直达声与混响声声能密度相等，r称为临界半径(Q=1时的临界半径又称为混响半径)，记为rc临界半径与房间常数和声源指向性因数有关。房间内吸声状况愈好，声源指向性愈强，临界半径则愈大，在声源周围较大范围内可近似地视为自由声场；反之房间内大部分范围可视为混响声场。当受声点与声源的距离小于临界半径时，吸声处理的降噪效果不大；当受声点与声源的距离大大超过临界半径时，吸声处理才有明显的效果。预定降噪的目标为4-12dB（一般为5-7dB），期望过高是不现实的；第五节噪声控制技术——隔声---P59图一）隔声原理声波在空气中传播，入射到匀质屏蔽物时，部分声能被反射，部分被吸收，还有部分声能可以透过屏蔽物。设置适当的屏敝物可阻止声能透过，降低噪声的传播。设置适当的屏敝物可阻止声能透过，降低噪声的传播采用适当的隔声措施一般能降低噪声级15dB～20dB。二)透声系数与隔声量1.透声系数定义：透射声功率（Wt）与入射声功率（W）的比值，2.隔声量（R）单层匀质墙隔声的频率特性一定频率的声波以入射角θ投射到墙板上，激起构件弯曲振动，若入射声波的波长λ在墙板上的投影正好与墙板的固有弯曲波波长λb相等时，墙板弯曲波振动的振幅便达到最大，声波向墙板的另面辐射较强，墙板隔声量明显下降，此现象称为“吻合效应”。λb≥λ的情况下才会发生吻合效应产生吻合效应的最低频率，即λb=λ时的频率隔声量单层匀质墙的隔声量公式建立条件：(1)声波垂直入射到墙上；(2)墙将空间分成两个半无限大空间，且墙的两侧均为通常状况下的空气；(3)墙为无限大，即不考虑边界的影响；(4)将墙视为一个质量系统，即不考虑墙的刚性、阻尼；