物理性污染及控制工程筆記整理

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上第一章 緒論1. 什么是物理性污染？ 人類生活的物理環(huán)境要素在環(huán)境中超過適宜范圍時形成的污染。2. 物理性污染有何特點？ 局部性， 區(qū)域性和全球性很少見。 無后效性，在環(huán)境中不會殘存，污染源消失后，污染即消失。第二章 噪聲污染及控制目 錄第一節(jié) 概述第二節(jié) 噪聲污染控制聲學基礎第三節(jié) 噪聲評價第四節(jié) 噪聲的測量第五節(jié) 城市噪聲源分析與預測第六節(jié) 環(huán)境噪聲影響評價第七節(jié) 噪聲控制技術第一節(jié) 概述1.1 聲音與噪聲聲音定義：是物體的振動以波的形式在彈性介質中進行傳播的一種物理現象。 聲音的作用：提供人類活動所依賴的信息；人與人之間交換感情、傳遞信息的工具。噪聲定義：從廣義

2、上來講，凡是人們不需要的，使人厭煩并干擾人的正常生活、工作和休息的聲音統(tǒng)稱為噪聲。1.2 噪聲的主要特性Ø 噪聲是一種感覺性污染，傳播時不會遺留下有毒有害的化學污染物質。對噪聲的判斷與個人所處的環(huán)境和主觀愿望有關。Ø 噪聲源的分布廣泛而分散，噪聲具有能量性。但由于傳播過程中發(fā)生能量的衰減，因此其影響范圍有限。Ø 噪聲具有波動性和難避免性。噪聲無孔不入、避之不及。Ø 噪聲具危害潛伏性。暴露在90dB左右的噪聲條件，能夠忍受，但會對聽力造成傷害。1.3 噪聲來源交通運輸：城市主要的噪聲源工業(yè)生產：造成職業(yè)性耳聾的主要原因社會生活：在城市噪聲源中的比重上升建筑

3、施工：其噪聲影響面很大1.4 噪聲危害a、對人體的生理影響 b、對人體的心理影響 c、對孕婦和胎兒的影響 d、對生產活動的影響 e、對動物的影響 f、對物質結構的影響 1.5 噪聲的利用噪聲發(fā)電:目前，韓國研究人員金智勛等人利用劍橋大學的研究成果，并利用人耳吸收聲波的原理，制造出了仿照人耳吸收聲音的鼓膜的噪聲發(fā)電機。 噪聲制冷:目前世界上正在開發(fā)一種新的制冷技術，即利用微弱的聲振動來制冷的新技術，第一臺樣機已在美國試制成功。 噪聲除塵: 高能量的噪聲能使粉塵相聚,可促進除塵 噪聲增產 噪聲除草 噪聲診病第二節(jié) 噪聲污染控制聲學基礎n 聲學：是研究介質中機械波的產生、傳播、接受和效應的的物理學分

4、支科學。n 現代聲學研究內容：涉及聲子運動、聲子和物質的相互作用，以及一些準粒子和電子等微觀粒子的特性。 n 物理聲學是聲學研究基礎，聲學是物理學最好的一個研究方向。2.1 聲波的生產 2.1.1聲源2.1.2聲波的產生：聲源產生的振動通過媒介以聲波的形式向外傳播。分為空氣聲、水聲和固體聲。 橫波也稱“凹凸波”。質點的振動方向與波的傳播方向垂直。橫波在傳播過程中，凡是波傳到的地方，每個質點都在自己的平衡位置附近振動。 縱波是指振動方向與傳播方向一致或平行的一類波，即媒介（質點）的運動方向同波的運動方向相同或相反。 如空氣中聲波傳播靠空氣分子交替的壓縮和擴張完成波長是指相鄰兩個密部或疏部之間的距

5、離。 有切變彈性，所以在固體中能傳播橫波，和沒有切變彈性，因此只能傳播縱波，而不能傳播橫波。 2.1.3 聲波的基本物理量 聲壓聲音在媒質中引起的附加壓強 。符號P，單位帕（Pa）聲強聲音的強度,指1秒內通過聲音前進方向垂直1平方米面積上的能量, 用J表示，單位是瓦/平方米。計算公式： 聲功率聲源在單位時間內通過某一面積的聲能. 聲頻聲源在單位時間內振動的次數稱為聲頻率,單位赫茲(Hz). 人耳只能聽到頻率在2020000 Hz的聲音. 低于20 Hz為次聲, 高于20000 Hz為超聲. 次聲來源? 危害多大？2.1.4聲波的基本類型 理想流體：理想流體介質，就是介質在運動過程中沒有能量的損

6、耗，即介質是無粘的。在流體介質中聲波傳播過程的研究中，還必須假設介質是連續(xù)、靜態(tài)和均勻的流體，并且在介質中傳播的是小振幅聲波。 小振幅聲波，即：聲壓 比大氣壓 要小得多;質點的位移 比波長 要小得多;質點振動速度 比聲速 要小得多;介質密度的相對變化要遠遠小于1。波動方程： 聲波方程：聲振動必須滿足三個基本的物理定律，即牛頓第二定律、質量守恒定律以及描述壓強、溫度、體積等狀態(tài)參數的狀態(tài)方程。應用這三個定律可以推導出聲波傳播中的運動方程。牛頓第二定律導出聲波的運動方程：質量守恒定律連續(xù)性方程：溫度、體積等狀態(tài)參數（PV=nRT)狀態(tài)方程：綜合上述三方程得出聲波的波動方程：空間行波在同一時刻由相位

7、相同的各點構成的軌跡曲面稱為 波陣面 ，波陣面垂直于波傳播的方向。 平面波 是波陣面為平面的波， 球面波 是波陣面為同心球面的波，而 柱面波 是波陣面為同軸柱面的波。 ü 平面聲波: 振輻恒定，媒質具有特性阻抗。ü 聲阻抗率（Zs)定義：在聲場中某位置的聲壓與該位置質點振動速率之比 Zs =p/u。單位 帕*秒/米（Pa·s/m）ü 球面聲波通常具有如下的傳播特性：振輻不是一個常數，而與聲波的傳播距離成反比，即隨r的增加而減少。 在三維空間中只需取某點到聲源的距離，即同心球的半徑r為參數。 2.2 聲波的反射與透射 當聲波入射到兩種介質時，一部分會經界面

8、反射返回（反射波），另一部分則透入另一介質（透射波）。通常用聲壓（或聲強）的反射系數（p、I ）和透射系數（p、I）來表示界面處聲波的反射、透射特性。 Ø 平面聲波垂直入射： p=？ I =？ p= ？I=？（P28） 討論無限介質：當介質2比1硬；當介質2比1軟。 工程實際中有很多介質是有限大小的，比如隔聲墻。設有一厚度為 h ，特性阻抗Z2 的中間介質置于特性阻抗為 Z1的無限介質中 。討論此時的透射性。 聲波通過中間層時的透射特性不僅與兩種介質的特性阻抗比有關，還與中間層的厚度h以及聲波在中間層的波數k2有關。 透射系數tp=    當k2 h<<

9、;1時，說明在中間層相對于波長而言很小的情況下，中間層在聲學上就象不存在一樣，聲波能夠全部通過。當k2 h=n時，說明當中間層的厚度等于半波長的整數倍時，聲波可以完全透過，就象中間層不存在一樣。 當k2 h=（n-1/2 ），即中間層的厚度為1/4波長的奇數倍時，聲波完全不能透過，中間層隔絕了聲波。這一規(guī)律為隔聲技術提供了理論基礎。 Ø 斜入射聲波的反射、折射 入射聲波、反射聲波與折射聲波滿足折射定律： 入射聲波在界面失去的能量與入射聲能量之比稱為吸聲系數，用表示： =1- p2 2.3 聲級n 2.3.1聲壓級的計算 聲壓級(L)是聲壓的平方與純音聽閾聲壓平方之比的對數值,并取1/

10、10作為單位,定名為分貝(dB). 計算公式如下: ü 僅可聽聞的 聲壓級 為:ü 震耳欲聾的 聲壓級 為: 注:除聲壓級外,噪聲的量度還包括聲強級， 聲功率級。二者計算公式如下: 聲強級: 聲功率級: 與聲壓級一樣，聲強級與聲功率級都是描述空間某處聲音強弱的物理量，在自由聲場中， 它們在數值上近似相等。城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準-GB3096-93 0類標準適用于療養(yǎng)區(qū)、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等特別需要安靜的區(qū)域。位于城郊和鄉(xiāng)村的這一類區(qū)域分別按嚴于0類標準5dB執(zhí)行。 1類標準適用于以居住、文教機關為主的區(qū)域。鄉(xiāng)村居住環(huán)境可參照執(zhí)行該類標準。 2類標準適用于居住、商業(yè)、工業(yè)混

11、雜區(qū)。 3類標準適用于工業(yè)區(qū)。 4類標準適用于城市中的道路交能干線道路兩側區(qū)域，穿越城區(qū)的內河航道兩側區(qū)域。穿越城區(qū)的鐵路主、次干線兩側區(qū)域的背景噪聲(指不通過列車時的噪聲水平)限值也行該類標準。 n 2.3.2 聲壓級的加和及平均 例1: 兩個不同聲壓級L1和L2相加, 求L1+2 ? (推導) 例2：幾個聲壓級的平均值（Ln)如何求？分貝和增值表：其中L： 聲壓級的迭加計算要遵守對數運算法則, 幾個聲壓級相加由其中最大的一個來決定, 其它幾個較小的聲壓級對總聲壓級貢獻不大,而且隨聲壓差增大, 這種貢獻遞減. n 級的相減 聲場中的總聲壓級為LT，背景噪聲的聲壓級為LB，真實噪聲聲壓級為LS

12、。由聲的相加可得出：扣除背景噪聲后的真實噪聲級為：2.4 聲源的輻射n 2.4.1聲場: 聲波影響所及的范圍稱為聲場。 近場（遠場）：對于輻射表面比較大的聲源，在離聲源的距離與聲源的幾何尺寸可以比擬的的范圍內的聲場。反之稱為遠場。 自由場：聲場所處的介質是均勻的，而且沒有反射面叫自由場。 半自由場：如果所處的范圍比較大，除地面外，其它反射可以忽略。n 2.4.2聲輻射的指向特性 多數聲源向周圍輻射的聲能不均勻，有的方向強，有的方向較弱，通過指向性因數（Q）、指向性指數（DI）可描述聲源的特指性。 n 2.4.3 點聲源n 2.4.4 線聲源n 2.4.5 面聲源2.5噪聲的衰減 聲源在傳播過程

13、中會發(fā)生衰減，聲波的衰減通常包括五個方面（總的衰減值則得各項之和）：u 聲隨距離的發(fā)散傳播引起的衰減（Ad) （從r1到r2處)u 空氣吸收引起的衰減(Aa) 20的空氣衰減公式： f聲波頻率、d、傳播距離 相對濕度 對不同溫度的衰減公式： T指與20相差的溫度、=4×10-6 u 地面吸收引起的衰減(Ag1) 適用條件：預測點距聲源50米以上 ；聲源距地面高度和預測點距地面高度平均值小于3米；聲源與預測點的地面類型被草地、森林、水體等覆蓋。 衰減計算式 ： （不管傳播多遠，地面衰減的上限是10dB） u 聲屏障引起的衰減u 氣象條件引起的衰減 對聲波影響較大的是風和溫度（影響聲速）

14、、雨雪霧等對聲波散射引起的衰減量比較小，大約1000米衰減0.5 dB.第三節(jié) 噪聲評價3.1響度、等響曲線和響度級 （1）響度級 如果某一頻率的純音和1000Hz的純音聽起來一樣響時，1000Hz純音所對應的聲壓級就是該待定聲音的響度級。用LN表示，單位：方（phon)。例：一純音：Lp =95dB，f =30Hz，聽起來和Lp =70dB，f =1000Hz的一樣響，則該純音的響度級LN =70方 （2）等響曲線 同樣響度級時，頻率和聲壓級的關系曲線。P36 圖12（3）響度 用來描述聲音大小的主觀感覺量。用N 表示，單位為宋（sone)。 規(guī)定響度級為40方時響度為1宋。 經驗得出，響度

15、級每增加10方，響度增加一倍：（phon) (sone) （4）斯蒂文斯響度的計算 寬頻帶噪聲中，不同頻率噪聲之間會產生掩蔽效應。因此需考慮計權因素：響度指數最大的頻帶貢獻最大，其他頻帶對總響度的貢獻應乘上一個小于1的修正因子。此修正因子和頻帶寬度的關系為： 注: 1/3倍頻程，即在兩個相距為1倍頻程的頻率之間插入兩個頻率，其4個頻率成如下比例： f1、f2為任一頻程的下限頻率和上限頻率 ：當n=1/3,稱為1/3倍頻程，n=1稱倍頻程。各頻程的中心頻值：帶寬() n=1, =0.707f0 ; n=1/3 =0.23f0例: 由下表所列頻譜(倍頻帶)給出的聲壓級，求出這一聲音的響度。解: =

16、25 + 0.3 ×(93-25) =45.4 宋3.2. A聲級：n 環(huán)境噪聲的度量，不僅與噪聲的物理量有關，還與人對聲音的主觀聽覺有關. 20世紀30年代人們選取了40方、70方、100方這三條曲線,按這三條曲線的反曲線設計了由電阻、 電容等電子器件組成的計權網絡,設置在聲級計上,使聲級計分別具有A、B、C計權特性。用聲級計的A、B、C計權網絡分別測出的聲級即為 A聲級、B聲級、C聲級。n 人們總結具有A、B、C計權特性的聲級計近 40年的實際使用經驗，發(fā)現 A聲級能較反映 人對噪聲的主觀感覺 .因此根據聽覺特性，在聲學測量儀器中設置有“A計權網絡”使收到的噪聲在低頻時有較大的衰

17、減而在高頻甚至有所放大. A聲級反映了人耳對低頻和高頻不敏感的聽覺特性。許多與噪聲有關的國家規(guī)范都是按A聲級作為指標的。A計權聲級是模擬人耳對55分貝以下低強度噪聲的頻率特性；B計權聲級是模擬人耳對55分貝到85分貝的中等強度噪聲的頻率特性；C 計權聲級是模擬高強度噪聲的頻率特性；D計權是對噪度參量的模擬，專用飛機噪聲的測量。3.2.1 等效連續(xù)A聲級 我國工業(yè)企業(yè)噪聲檢測規(guī)范(草案)規(guī)定：穩(wěn)態(tài)噪聲，測量A聲級；非穩(wěn)態(tài)噪聲，測量等效連續(xù)聲級，或測量不同A聲級下的暴露時間。 等效連續(xù)聲級(LAeq):用能量平均的方法以A聲級表示該段時間內的噪聲大小,公式如下,單位為dB： LAeq在T段時間內的

18、等效連續(xù)A聲級, LpA指T時間A 聲級, T連續(xù)采樣時間如果采取等間隔采樣, 計算公式為: Li 第i次取樣的A聲級, N 為取樣總數 n 非穩(wěn)態(tài)噪聲工作環(huán)境下，一個工作日（8）小時的等效連續(xù)A聲級（或噪聲暴露率）可通過下式計算（P43）： n為中心聲級的段號數，n=18；T為n段中心聲級在一個工作日內所積辦的時間min；480為8h的分鐘數。 例：某工人一天工作8h，受噪聲的影響狀況如下：每小時4次噪聲達到102dB，每次持續(xù)6min，1次達106dB，持續(xù)時間1min，其余時間僅受背景噪聲79dB影響。求該工人一天接觸噪聲的等效聲級。解：102dB的段數n5，又t56×4

19、15;8192min 106dB的段數n6，又t61×88min 79dB的段數n1，又t1(480-192-8) 280min Leq= 96.7 dB3.2. 2 晝夜等效聲級(Ldn) 晝夜等效聲級是考慮了夜間對人影響更為嚴重,將夜間的噪聲進行增加10dB的加權處理后,用能量平均方法得出24小時A聲級的平均值,單位為dB. Ld 晝間T個小時的等效聲級 Ln夜間T個小時的等效聲級3.2.3 統(tǒng)計聲級（累計百分聲級） 累計百分數聲級也適用于非穩(wěn)態(tài)噪聲，并且還能反應出噪聲隨機起伏程度。累計百分數聲級Lx表示在測量時間內高于Lx聲級所占的時間為x%。 如：L10=70dB，表示噪聲級

20、高于70dB的時間占10%，其余90%的時間內噪聲級均低于70dB. 通常認為：L90相當于本底噪聲級，L50相當于中值噪聲級，L10相當于峰值噪聲級。偶發(fā)性噪聲（如交通噪聲），常使用累積分布聲級3.2.4交通噪聲指數(TNI) 考慮到噪聲氣候的范圍，本底噪聲情況，引入調節(jié)量來獲得比較習慣的數值。 只適用于機動車輛噪聲對周圍環(huán)境干擾的評價，而且限于車流量較多及附近無固定聲源的環(huán)境。3.2.5噪聲污染級（LNP） 用以評價噪聲對人的煩惱程度的一種評價量，它既包含了對噪聲能量的評價，同時也包含了噪聲漲落的影響。 K=2.56 對于隨機分布的噪聲，噪聲污染級和等效連續(xù)聲級或累計百分數聲級之間，有如下

21、關系：3.2.6 噪聲沖擊指數（NNI） 噪聲沖擊指數等于總計權人數除以總人數，表示受噪聲短期或長期影響的居民百分數。 計算公式如下：式中：Pi受全年晝夜等效聲級（Ldn）影響 的人口數； Wi在某晝夜等效聲級（Ldn）范圍 內的干擾因（見P40，表1-1）3.2.7噪聲的控制標準（自學）第四節(jié) 噪聲的測量4.1環(huán)境噪聲監(jiān)測方法 城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量Ø 網格測法: 將要普查測量的城市某一區(qū)域或整個城市劃分成多個等大的正方格，網格要完全覆蓋住被普查的區(qū)域或城市。每一網格中的工廠、道路及非建成區(qū)的面積之和不得大于網格面積的50，否則視為該網格無效。有效網格總數應多于100個。Ø

22、 定點監(jiān)測法：在標準規(guī)定的城市建成區(qū)中，優(yōu)化選取一個或多個能代表某一區(qū)域或整個城市建成區(qū)環(huán)境噪聲平均水平的測定。 如何計算某一城區(qū)晝間（夜晚）的環(huán)境噪聲平均水平？ 如果需要了解城市噪聲隨時間的變化時，則可以在不同功能區(qū)選取代表性的樣點（不少于7個）長期監(jiān)測。道路交通噪聲測量 測量道路交通噪聲樣點應選在市區(qū)交通干線（每小時車流量不少于100輛）一側的人行道上,距離馬路20cm處,此處距離兩交叉路口距離大于50m。 交通噪聲的聲級符合正態(tài)分布，可通過等效連續(xù)A聲級和累計百分數聲級近似計算。機動車噪聲測量 航空噪聲的測定ü 測量條件: 無雪、無雨； 地面上10m高處的鳳速不大于5m/s，相對濕度不超過90%；測量器安裝在開闊地，距離地面1.2m；被測飛機最大噪聲值應高于背景值20dB。ü 測量單個飛行事件的噪聲 (P56)ü 測量一系列飛行事件的噪聲級ü 持續(xù)時間內飛行事件引起的噪聲測量n 計權有效連續(xù)感覺噪聲級是在有效感覺噪聲級的基礎上發(fā)展起來的，用于評價航空噪聲的方法。其特點是既考慮了在24h內飛機通過某一股定點所產生的總噪聲級，同時也考慮了不同時間內飛機對周圍環(huán)境造成的影響。n 飛機一日計權有效連續(xù)感覺噪聲級的計算公式如下： 式中：N次飛行的有效感覺噪聲級的能量平均值，dB； N1白天719時飛行次數； N2傍晚1922時飛行