物理性污染控制课件讲义.doc

物理性污染控制讲义江汉大学主讲：xxx第1章 绪论1.1 物理环境与环境物理学各种物质都在以不同的运动形式进行能量的交换和转化，物质能量的交换和转化的过程，就构成了物理环境。自然声环境、震动环境、电磁环境、放射性辐射环境、热环境、光环境构成了天然物理环境。人工物理环境是人类活动的物理因素不同程度地干预天然物理环境所生成的次生物理环境，两者交叠共存，相互作用。人类生存于这种物理环境里，也影响着这种物理环境。比如由于人类进行大规模的工业生产并向大气释放大量温室气体，造成温室效应，使地球变暖，就是一个例子。环境物理学是在物理学的基础上发展起来的一门新兴学科，是环境科学的重要组成部分。 环境物理学主要研究范围是大自然中的物理变化引起人类生存环境的改变，污染物迁移及分布的规律，以及研究环境问题时所采用的物理原理与方法。其中最主要的是应用物理手段研究和解决在环境中存在的污染问题，物理污染的产生机理、发展变化、对人类的影响以及预防和治理对策等等，目的是为人类创造一个适宜的物理环境。物理性污染同化学性污染和生物性污染是不同的。化学性污染和生物性污染是环境中有了有害的物质和生物，或者是环境中的某些物质超过正常含量，而天然物理性的声、光、热、电磁场等在环境中是永远存在的，它们本身对人无害，只是由于人为造成的环境中含量过高或过低而造成污染或异常现象才对人体及生态造成危害。物理性污染是一般是局部性的，同时在环境中不会有残余物质存在。物理环境和物理性污染的特征决定了环境物理学的研究特点。物理环境的声、光、热、电等要素对人类是必需的，因此决定了环境物理学不仅研究如何消除污染，更重要的是研究适宜于人类生活和工作的声、光、热、电等物理条件；物理性污染程度是由声、光、热、电等在环境中的量决定的，环境物理学的研究，要注重物理现象的定量研究。 环境物理学的研究领域是相当广阔的。人体作机械运动或者人体处在机械振动环境中所产生的物理效应和生理效应，也是环境物理学有待深入研究的内容。环境物理学将在对物理环境和物理性污染全面、深入研究的基础上，发展自身的理论和技术，形成一个完整的学科体系。1.2 环境物理学的发展二十世纪初人们开始研究声、光、热等物理现象对人类生活和工作的影响，并逐渐形成了在建筑物内部为人类创造适宜的物理环境的学科，即建筑物理学。二十世纪五十年代后，建筑物外部的物理环境对人类生存的影响越来越大，促使声学、热学、光学、电磁学、力学、放射学等学科开展对环境，以及消除这些影响的技术途径与控制措施的研究，从而出现了一些新的学科分支，如环境声学、环境光学、环境电磁学、环境热学、电离辐射防护，其中较为成熟的是环境声学、电离辐射防护，其它学科还没有完全定型。人们发现噪声污染的时间较早。约在一、二百年前，锻造工人、织布机挡车工、造船和锅炉制造的铆焊工，由于长期在噪声环境中工作已受到职业性噪声的危害。1765年就有人提出了铜匠、锻造工的噪声性耳聋的报告，环境噪声则是随着近代城市人口的增长及交通工具的发展而形成的。1930年美国纽约市开始进行了大规模的城市噪声调查，六十年代许多国家的城市噪声问题越来越突出，已成为城市“四大公害”之一。1971年美国成立了噪声控制工程学会，1974年在第八届国际声学会议上正式采用“环境噪声”这一术语，而且作为这次会议议程的重点。近年，科学研究工作者把城市噪声污染规律和环境噪声评价方法的研究与以往噪声控制、心理声学和生理声学的研究有机地联系在一起，形成了一门“环境声学”。研究噪声污染规律，噪声的产生、传播和控制及其对人体健康影响的机理的科学，已成为声学的一门分支学科。电离辐射是指宇宙中的某些射线在其行进路程中将能量传递给介质元素的原子的电子壳而产生电离，被电离的离子又通过电离作用破坏分子结构而产生的辐射。人类生存的地球，经常遭受天然的电离辐射。天然的电离辐射通常来于三方面：一是宇宙线，二是地壳中天然放射性元素，三是存在于表层土壤、水相大气中的天然性元素，并可随着食物或水进入人体。十九世纪快要结束时，科学家发现了X射线和放射性。不久医疗上出现了X射线照相技术及在其它方面的应用，从此人们接触到辐射并遭受辐射损伤的机会大大增多。1911年就有关于x射线操作者患白血病的报告，以后又在美国发现放射科医生的白血病发生率比非放射科医生高。大约在统一时期，又发现从事钟表发光标度盘涂漆工人也因长期接触放射物质而受害，最初是再生性障碍性贫血症，后来出现骨癌，从而人们进一步注意到人体内沉积的放射物质的危害性，这些部促使人们不得不加强辐射防护措施的研究。1928年国际放射学会议发起成立了国际X射线和镭防护委员会，l 950年又改名为国际放射防护委员会。它主要是研究和推荐辐射防护标准和防护方法。1955年第十届联合国大会通过决议成立了原子辐射影响问题科学委员会，放射防护研究逐渐成为一门独立的学科，即放射卫生学，主要研究有关放射的卫生标淮、放射性物质的生产和使用单位的卫生防护、消除放射性沾污以及防治放射性物质对生产场所和周围环境的影响。六十年代以后，由于核电站的大量建设和原子能的广泛应用，环境中的电离辐射污染越来越引起人们的重视，并成为防治环境污染的一项重要内容，同时也促进了放射防护技术的研究。1831 年, 英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。到了19 世纪80 年代, 人们利用电磁感应原理,建立起世界上第一座发电站。从此,人类便大步迈进了电磁辐射的应用时代。现在我们已经知道,电磁作用力是自然界四种基本相互作用力之一。地球上生命的起源与繁殖, 完全依赖于太阳辐射的能量。我们不仅依靠阳光中的红外线获得温暖, 而且还以可见光提供照明, 方便生活, 体味五彩斑斓的世界。从科学角度来讲,没有阳光,就没有人类所需要的各种食物,人类就难以生存。当前,电视、电话、手机、电脑、因特网及绿色能源等科技成果, 已深入到我们工作和生活的方方面面。神奇的电磁波更让我们走进了信息高速公路的时代, 人们足不出户,瞬间即可分享全球人类的精神文明, 使地球村成为现实。总之, 电磁辐射给人带来了诸多的方便。但是, 如果使用不当, 电磁辐射就会成为电磁污染, 从而威胁人类的身体健康。据专家介绍，电磁辐射到底对人体健康有没有影响的争论早在20年前就开始了。有的科学家认为，电磁辐射对人体确实有害。一份由11位美国电磁场学家历时9年完成的关于电磁场对人体健康影响的报告指出，数以百万计的人由于长期暴露在来自电缆和家庭电器的电磁辐射中，所面对患癌症和退化性疾病的危险正在增加。据报道，美国一科学家小组1999年一项最新研究对比实验表明，每天接受2小时电磁辐射的小白鼠，大脑思维出现混乱，不能准确辩别方向，而对照组的小白鼠全部顺利游到对岸。但有的科学家则不以为然，他们指出，在同等条件下，为何只有个别人出现症状呢?科学界又提出热效应和非热效应之说。所谓热效应，就是高频电磁波直接对生物肌体细胞产生“加热”作用。由于它是穿透生物表层直接对内部组织“加热”，而生物体内部组织散热又困难，所以往往肌体表面看不出什么，可是其内部组织已严重“烧伤”。微波炉就是根据此原理加热食物的。专家指出，不同的人或者同一个人的不同器官对热效应的承受能力是不一样的。老人、儿童、孕妇属于敏感人群，而心脏、眼睛和生殖系统等属于敏感器官之列。至于非热效应，专家的解释是，电磁辐射作用于人体的辐射系统，影响新陈代谢及大脑电流，使人的行为发生变化及相关器官发生变化，并进而影响人的循环系统、免疫及生殖和代谢功能，严重的会诱发癌症。至今，科学家对电磁辐射于人体健康影响的研究仍在进一步探索之中。目前，电磁辐射对人体有危害已是被众专家所公认。但凡事都有个度，只要控制在这个度的范围内，事态便会良好。电磁辐射防护标准在经历了较长时间的探讨后，至今没有全世界统一的标准。我国在考察了东西方各国的防护标准后，制定给出最敏感段标准对公众为40微瓦/平方厘米，比西方和国际上的标准还严格4倍。1.3 环境物理学的分支学科环境声学 是环境物理学的一个分支学科，研究声环境及其同人类活动的相互作用。人类生活的环境里有各种声波，用来传递信息和进行社会活动的，是人们需要的；而影响人的工作和休息，甚至危害人体的健康的，则是噪声。为了改善人类的声环境，保证语言清晰可懂，音乐优美动听,20世纪初,人们开始对建筑物内的音质问题进行研究，促进了建筑声学的形成和发展。50年代以来，人类生活环境的噪声污染日益严重，人们开始了在建筑物内和在建筑物外的一定的空间范围内控制噪声的研究。研究涉及物理学、生理学、心理学、生物学、医学、建筑学、音乐、通信、法学、管理科学等许多学科，经过长期的研究，成果逐渐汇聚，形成了一门综合性的科学环境声学。在1974年召开的第八届国际声学会议上，环境声学这一术语被正式使用。环境声学主要是研究声音的产生、传播和接收，及其对人体产生的生理、心理效应；研究改善和控制声环境质量的技术和管理措施。主要内容有： 噪声控制：声是一种波动现象，它在传播过程中，会产生反射，衍射，折射和透射现象，会随传播距离增加而衰减。声的波动基本物理性质，是改善和控制声环境的理论基础。因此在噪声控制中，根据物理原理，首先是降低噪声源的辐射。其次是控制噪声的传播,改变声源已经发出的噪声的传播途径。再次是采取防护措施。音质设计：剧场、电影院、音乐厅、会议厅等建筑物中的音质问题很重要。音质控制是要加强声音传播途径中有效的声反射，使声能量在建筑物内均匀分布和扩散，以保证直达声有适当的响度；还要消除建筑物内的不利的声反射、声能集中等现象，控制混响时间，降低内部和外部的噪声干扰。噪声的影响：噪声对人的影响同噪声的声级、频率、连续性、发出的时间的物理性质有关，而且同收听者的听觉特性、心理、生理状态等因素亦有关，是一复杂的问题。 研究噪声标准：噪声标准要能保护多数人不受过度噪声的干扰或伤害，是防止和消除噪声污染的重要手段，噪声控制的技术措施必须满足它的要求。近年来，噪声控制研究受到普遍重视，对声源的发声机理、发声部位和特性，以及振动体和声场的分析和计算，都有重大发展。在机械振动、声场分布以及二者间耦合的理论方面，经典的格林函数已普遍用于振动系统的理论分析。声学工作者把量子力学的处理方法用到声场分析，形成了简正振动方式（或称简正波）理论。在频率较高时，用统计方法分析振动中的能量关系, 发展了统计能量分析(SEA)。利用瑞利提出最大动能等于最大位能，算出振动基频的物理方法，创造出有限元方法及边界元方法。能量流技术在计算和降低机器噪声方面也得到应用。 在测量手段方面，利用物理原理发展的是声音强度测量。可以直接求得声源发出的总声功率及其各部分的发声情况。在气流噪声的研究中弄清了噪声与压力、喷口等的关系。在撞击噪声的研究中，求得加速噪声、自振噪声等的特性及其在总噪声中的地位。 发展了各种新型吸声、隔声材料和结构。例如各种无纤维吸声材料或结构，逐渐有较多的应用。马大猷院土在60年代后期提出微穿孔板吸声体，已得到国内外广泛应用。最近又研究微缝吸声体理论。德国夫琅霍费建筑研究所还发展了一种聚碳酸能薄膜穿孔吸声结构。 在隔声材料方面，最近出现了一种称之为“声学晶体”的新型组合材料，它由局部共振结构单元组成。改变结构单元的大小和几何形状，可以调谐频率范围使在此范围内有效弹性常数是负的，从而成为反射器的材料，显示出比相关波长小两个数量级的点阵常数的谱隙，打破了传统的“质量定律”的声传输规律。 环境振动学环境振动学研究有关振动的产生、测试、评价、控制措施；研究振动环境对人的影响，现代交通运输业和宇航声学的发展，使环境振动学得以迅速地发展。振动本身可形成噪声源，因此，环境振动学与环境声学是密切相关的科学。振动属于瞬时性能量污染。环境电磁学 环境物理学中新形成的一个分支学科，主要研究各种电磁污染的来源及其对人类生活环境的影响。电磁污染是指天然的和人为的各种电磁波干扰和有害的电磁辐射。 电磁辐射是指能量以电磁波的形式通过空间传播的物理现象，分为广义的电磁辐射和狭义的电磁辐射。广义的电磁辐射又分为电离辐射和非电离辐射两种，凡能引起物质电离的电磁辐射称为电离辐射，包括X射线、射线、粒子、粒子、中子、质子等。不足以导致组织电离的电磁辐射称为非电离辐射，包括极低频（ELF，3Hz3KHz），甚低频（VLF，330KHz）、射频（100KHz300GHz）、红外线、可见光、紫外线及激光等。一般所说的电磁辐射是指非电离辐射。1969年国际电磁兼容讨论会上， 建议把电磁辐射列为必须控制的环境污染危害物，联合国人类环境会议采纳了上述建议，并将此编入广泛国际意义污染物的控制与鉴定一文。1972年，国际大电网会议召开，科学家首次将工频电磁辐射的污染问题作为学术问题进行讨论。70年代后期，西德科学家通过对电磁污染的深入研究，发展了环境电磁学。1979年我国颁布的中华人民共和国环境保护法也将电磁辐射列入有害的环境污染物之一。 电磁污染源影响人类生活环境的电磁污染源可分天然的和人为的两大类。天然的电磁污染是某些自然现象引起的。最常见的是雷电，火山喷发、地震和太阳黑子活动。人为的电磁污染主要有：脉冲放电。工频交变电磁场。射频电磁辐射。目前，射频电磁辐射已经成为电磁污染环境的主要因素。 电磁辐射对环境的影响包括两个方面，一方面是对仪器设备工作环境的影响，另一方面是对人体健康的影响。在一定强度的电磁波干扰下，会造成导弹系统控制失灵，飞机与卫星指示信号失误。我国深圳，广州白云机场在90年代都有受无线电台的干扰而被迫关闭的事件发生。 电磁辐射对人体健康的影响主要体现在对各器官组织的功能效应影响，目前科学家研究地比较多的主要有：（1）对神经系统的作用；（2）对心血管系统的作用；（3）对血液成分的影响；（4）对内分泌系统的影响；（5）对生殖和子代发育的影响；（6）与癌症、肿瘤的发生关系。 近年来，我国经济与城市化得到迅速发展，城市空域的电磁环境更为复杂，出现了许多新现象、新问题。主要有：（1）城市的发展与扩大，大中型广播电视与无线电通信发射台站被新开发的居民区所包围，局部居民生活区形成强场区；（2）移动通信技术（包括移动电话通信、寻呼通信、集群专业网通信）发展迅速，城市市区高层建筑上架起成百上千个移动通信发射基地站，（3）随着城市用电量增加，10KV和220KV高压变电站进入城市中心区；（4）城市交通运输系统（汽车、电车、地铁、轻轨及电气化铁路）迅速发展引起城市电磁噪声呈上升趋势；（5）个人无线电通信手段及家用电器增多，家庭小环境电磁能量密度增加，室内电磁环境与室外电磁环境已融为一体，城市电磁环境总量在不断增加。 如上所述，恶化的电磁环境不仅对人类生活日益依赖的通信、计算机与各种电子系统造成严重的危害，而且会对人类身体健康带来威胁。为此世界各国都十分重视愈来愈复杂的电磁环境及其广泛的影响，电磁环境保护与电磁兼容技术已成为一个迅速发展的新学科领域。 环境热学 主要研究热环境及其对人体的影响，以及人类活动对热环境影响的学科。 环境的天然热源是太阳，环境的热特性取决于环境接收太阳辐射的情况，并与环境中大气同地表之间的热交换有关。大气中的臭氧、水蒸汽和二氧化碳是影响太阳辐射到达地表的强度的主要因素。在距地面2050公里上空的臭氧层，能大量地吸收对生命物质有害的紫外线，是生物得以生存和发展的重要条件。 穿过大气的太阳直接辐射和散射光，一部分被地表反射，一部分被地表吸收。地表由于吸收短波辐射被加热，再以长波向外辐射。大气吸收辐射能后被加热，再以长波向地表、天空辐射。大部分长波辐射能被阻留在地表和大气下层，就使地表和大气下层的温度增高。产生所谓的温室效应。太阳向地表和大气辐射热能，地表和大气之间也不停地进行潜热交换和以对流及传导方式进行的显热交换。 人体不能完全适应天然环境剧烈的寒暑变化，为防御、缓和外界气候变化的影响，人类创造了房屋、火炉等，形成了人工热环境。 人工热环境是人类生活不可缺少的条件。热环境对人体的影响？环境与人的热舒适之间的关系？是环境热学研究的内容之一。 环境热学要对热污染进行研究，热污染是指因为人类活动影响而造成的对热环境的危害现象。 人类活动主要从以下三个方面影响自然环境，从而引起热污染：1人类活动改变大气的组成，从而改变太阳辐射和地球辐射的透过率。如城市排放的烟尘使大气混浊度增加，影响环境接收太阳辐射。2人类活动改变地表状态与反射率，从而改变地表和大气间的换热过程，如大规模的农牧业开发使森林变为农田和草原，再化为沙漠；城市建设使大量的钢筋混凝土建筑物代替了田野和植物，这些现象都使地面的反射率不断改变，从而破坏环境的热平衡，形成热污染。3人类活动直接向环境释放热量。如城市消耗大量的燃料。在燃烧过程中产生的能量一部分直接成为废热，另一部分转化为有用功，最终也成为废热向环境散发。据估算，二十世纪末，全世界耗能总量已占地球接收的净辐射千分之一 热污染的危害主要在于：1大范围的干旱 2全球变暖 3对水体产生不利影响 4降低人体机理的正常免疫功能。 环境热污染对人类的危害大多是间接的。人们对热污染的认识尚处于探索阶段。 环境光学环境光学是研究人类的光环境的科学。环境光学的研究内容包括天然光环境和人工光环境；光环境对人的生理和心理的影响；光污染的危害和防治等。 环境光学是在光度学、色度学、生理光学、心理物理学、物理光学、建筑光学等学科的基础上发展起来的。环境光学的定量分析以光度学、色度学为基础；在研究光与视觉的关系上主要借助于生理光学及心理物理学的实验和评价方法。 天然光环境的光源是太阳。研究天然光环境的一项首要工作，就是对一个国家和地区的天然光环境进行常年连续的观测、统计和分析，取得区域性的天然光数据。为了利用天然光创造美好舒适的光环境，环境光学还要研究天然光的控制方法、光学材料和光学系统。 人工光环境较天然光环境易于控制，但电光源的能源利用效率很低，目前由初级能源转换成光能的效率则只有百分之几。研究控制灯光强度和分布的理论及光学器件，探索合理有效的照明方法。也是环境光学研究的内容。 人靠眼睛获得75%以上的外界信息。没有光，就不存在视觉，人类也无法认识和改造环境。环境光学要研究光和视觉，视觉功能与照明条件之间的定量关系，光环境的质量评价指标，为制订照明标准提供依据。 环境光学研究内容另一重要方面是光污染及其防治方法。光污染是指过量的光辐射对人类生活和生产环境造成的不良影响，包括可见光（又称噪光）、红外线、紫外线等引起的污染。 如：城市大气污染严重，空气混浊，云雾凝聚，造成天然光照度减低，能见度下降，致使航空、测量、交通等室外作业难以顺利进行。又如城市灯光不加控制，夜间天空亮度增加，影响天文观测；路灯控制不当，照进住宅，影响居民休息等等。 另外，大功率光源造成的强烈眩光，某些气体放电灯发射过量的紫外线，以及像焊接一类生产作业发出的强光，对人体和视觉都有危害。 在城市区域范围内常见的光污染一般为：1白亮污染 2人工白昼 3彩光污染； 光污染对人体健康的影响主要表现在对眼睛和神经系统的影响。 白亮污染由强烈光线的反射引起。长期在白亮污染环境下工作和生活的人，眼角膜和虹膜会受到不同程度的损害，视力下降，白内障发病率高达40%以上，同时，还有可能使人产生头晕目眩、失眠心悸、神经衰弱，严重者可导致精神疾病和心血管疾病。 “人工白昼”污染会使人正常的生物节律受到破坏，生活在“不夜城”里的人们，人体的“生物钟”发生紊乱，产生失眠、神经衰弱等各种不适症，导致白天精神萎靡、工作效率低下。 彩光污染包括黑光灯和各种彩色灯光的污染。黑光灯所产生的紫外线强度大大高于太阳光中的紫外线，长期受到这些光源中紫外线的照射，可诱发流鼻血、脱牙、白内障，甚至导致白血病和其他癌变。 环境空气动力学 所谓环境空气动力学，主要是指应用物理学中的动力学原理，来研究全球气温的变化及空气中污染物的扩散等情况。大气中的气团运动不仅决定了气候的变化，同样也决定了污染物的扩散条件。 例如运用理想气体的状态方程和门捷列夫-克拉珀珑方程等物理方法，可以科学的解释了空气质点上升（下降），温度下降（上升）、海拔上升100米，温度下降约1摄氏度等自然现象。利用动力学原理，结合周围环境情况，研究污染物分子之间以及与周围空气分子之间力的相互作用，可以分析和预测污染物的扩散和迁移情况。 最近频繁出现的“厄尔尼诺”和“拉尼娜”现象，对人类最直接的影响就是全球温度的变化，“厄尔尼诺”导致的异常升温转而又给大气加热，引起了很多难以预测的气候反常现象，虽然人们已经认识到“厄尔尼诺”现象的起因（由于在南半球的太平洋上，原来强劲的东南信风渐渐变弱甚至倒转为西风，而东太平洋沿岸的冷水上翻也会势头减弱甚至完全消失，于是太平洋上层的海水温度便迅速上升，并且向东回流。这股上升的“厄尔尼诺”洋流导致东太平洋海面比正常海平面升高20-30厘米，温度上升2-5摄氏度。），但是，如何运用空气动力学的原理，科学的分析和预测这些自然界的异常气温变化，仍然是环境空气动力学的重要研究内容。 此外还有放射性污染源以及如何用物理的方法建立各种环境模型亦是环境物理研究的内容。 1.4 物理性污染控制的内容一.噪声污染及定量1. 声波的基本性质(1) 声波的产生及描述声波的基本物理量(2) 声压、声能量、声强、声功率(3) 声级的概念：分贝 压级 声强级和声功率级 声级的计算 声级的叠加(4) 声波的传播特性(5) 声在传播中的衰减随距离的发散衰减 空气吸收的附加衰减 地面的附加衰减 声屏障衰减 气象条件对声传播的影响2. 噪声的评价和标准(1) 噪声的评价量等响曲线 响度级和响度 斯蒂文斯响度 计权声级和计权网络 等效连续A声级和昼夜等效声级 累计百分数声级 更佳噪声标准（PNC）曲线和噪声评价数（NR）曲线 噪度和感觉噪声级 计权等效连续感觉噪声级LWECPN 交通噪声指数 噪声污染级 噪声冲击指数 噪声掩蔽 语言清晰度指数和语言干扰级(2) 环境噪声法规和标准环境噪声污染防治法噪声标准（产品的噪声标准、噪声的环境质量标准等）3. 噪声监测(1) 噪声测量仪器、噪声测量系统(2) 噪声测量方法城市区域环境噪声测量 机动车辆噪声测量 航空噪声测量 工业企业生产环境噪声测量 机器噪声的现场测量 厂界噪声测量4. *环境噪声影响评价(1) 环境噪声影响评价的工作程序和内容(2) 噪声预测方法预测的基础资料 预测范围和预测点布置原则噪声传播声级衰减计算方法 包括几何发散衰减、遮挡物引起的衰减、空气吸收引起的衰减、附加衰减公路噪声预测的基本模式铁路噪声预测方法：比例预测法和模式预测法机场飞机噪声预测工业噪声预测二、 噪声污染控制技术1. 噪声控制技术概述(1) 噪声控制的基本原理和一般原则(2) 噪声源分析(3) 城市环境噪声源分类2. 吸声和室内声场(1) 材料的声学分类和吸声特性吸声材料的分类吸声系数和吸声量吸声系数的测量方法(2) 多孔吸声材料多孔吸声材料的吸声原理影响多孔吸声材料吸声特性的因素(3) 共振吸声结构薄膜和薄板共振吸声结构穿孔板共振吸声结构微穿孔板吸声结构(4) 室内声场和吸声降噪直达声场、混响声场、混响半径、混响时间室内吸声降噪量的计算3. 隔声技术(1) 隔声的评价量透射系数 隔声量 平均隔声量 隔声指数(2) 单层匀质密实墙的隔声隔声量的计算 吻合效应 单层隔声墙的频率特性(3) 双层隔声结构的隔声特性(4) 隔声间降噪量的计算 隔声门和隔声窗的设计要点(5) 隔声罩的插入损失与设计要点(6) 声屏障的插入损失及设计要点4. 消声器(1) 消声器的基本要求、消声性能评价量、消声器的设计程序(2) 阻性消声器声衰减量的计算 高频失效频率阻性消声器的种类气流对阻性消声器性能的影响阻性消声器的设计程序(3) 抗性消声器扩张式室消声器的消声原理及消声量计算 消声器的上下截止频率共振式消声器的消声原理与消声量计算公式 改善消声性能方法 设计步骤(4) 阻抗复合消声器阻抗消声器的消声原理及基本类型三、 振动污染及其控制1. 振动的基本概念2. 振动的危害及其评价标准3. 振动测量方法和常用仪器4. 振动的控制技术和方法5. 隔振系统的设计以及隔振材料、器件的分类和选择等6. 阻尼减振及阻尼材料四、 其他物理性污染及其控制1. 放射性污染防治(1) 放射性的概念(2) 来源(3) 辐射剂量的基本量和单位(4) 辐射的生物效应及对人体的危害(5) 环境放射性标准(6) 放射性污染的防治(7) 放射性监测与评价2. 电磁辐射污染(1) 电磁场与电磁辐射(2) 电磁污染的量度单位(3) 电磁辐射污染源及危害(4) 电磁辐射的测量及标准(5) 电磁辐射污染的控制3. 环境热污染及其防治(1) 热环境(2) 热岛效应(3) 环境热污染及其防治4. 光污染及其防治(1) 光环境(2) 照明单位及度量(3) 光污染的危害(4) 光环境的评价标准(5) 光污染的防治1.5 教材及参考书教材：陈杰瑢主编，物理性污染控制，高等教育出版社，2007年。参考书：1. 陈亢利、钱先友、许浩瀚等主编，物理性污染与防治，北京，化学工业出版社，2006年2. 张宝杰，乔秀杰，赵志伟主编，环境物理性污染控制，北京，化学工业出版社，2003年。3. 洪宗辉，潘仲麟主编， 环境噪声控制工程，北京，高等教育出版社，2002年。4. 周新祥编著，噪声控制及应用实例，北京，海洋出版社，1999年5. 刘树杰等主编，环境物理学，北京，化学工业出版社，2004年。6. 周律，张孟青编著，环境物理学，北京，中国环境科学出版社，2001年第2章 噪声污染及其控制2.1 声波的基本性质2.1.1 声波的产生及描述1. 声波：声波是一种机械波，是机械振动在弹性媒质中的传播，声波可以在气体、液体和固体等不同的物质形态中传播，声波传播的物理过程是振动能量在媒质中的传递。2. 声场：介质中有声波存在的区域。3. 波长：声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长，或者说，声源振动一次，声波传播的距离叫波长。波长用表示，单位是m。4. 频率：声波每秒钟振动的次数称为频率，用f表示，单位是Hz。f<20Hz的声波称为次生，f>20000Hz的声波称为超声波。声频声2020000 Hz。周期：质点振动往复一次所需要的时间称为周期，用T表示，单位是s（秒）。 5. 声速：声波每秒钟在介质中传播的距离称为声速用c表示，单位是ms。波长、频率f、声速c是三个重要的物理量它们之间的关系为： 声音不仅在空气中可以传播，在水、钢铁、混凝土等固体中也可以传播。不同的介质有不同的声速。参见教材第10页表2-1。声速大小与介质有关，而与声源无关： 及分别为介质处于平衡态时的压强(Pa)及密度（/m3）, 为比热比（定压比热/定容比热），空气=1.4，则有： 或 一般计算时，空气中的声速可取340m/s。6. 声阻抗率（声特性阻抗）：声阻抗率等于介质的密度与声速的乘积，也等于声音在声场中某位置的声压与该位置质点振动的速率之比，单位是Pa·s/m。声阻抗率(简称声阻)的大小决定着声波从一种介质传入另一种介质时的反射程度以及材料的隔声性能。某些介质的声速、密度和声阻抗率如下表：名称温度t（）密度（kg/m3）声速c(m/s)声阻抗率c（kg/m2s）空气201.205344410水201×10314501.45×106玻璃202.5×10352001.38×107铝202.7×10351001.30×107铜207.8×10350003.90×107铅2011.4×10312001.37×107木材0.5×10224001.20×106橡胶12×10340-150混凝土2.6×1034000-50001.3×107砖1.8×1032000-43006.5×106石油7013309.3×1067. 波前、波面、波线声波从声源发出，在媒质中向各方向传播、声波的传播方向称为声线(波线)。某一时刻，相位相同的各点连成轨迹曲线面叫波前(或波阵面)。在各向同性的均匀媒质中，波线与波阵面垂直。按波前的形状，声波可分为球面波和平面被，即波前是球面的称为球面波，波前是平面纳叫做平面波，如图所示：8. 声场类型：自由声场，理论上说是没有边界的、媒质均匀而各向同性的声场。在自由声场中，声波在任何方向传播都没有反射，如室外开阔的旷野、消声室等均属自由声场。扩散声场是与自由声场完全相反的声场，声波在扩散声场里接近全反射。在大多数场合下，传播声音的是半自由声场，即介于自由和扩散之间的声场，如工矿企业、住宅等。在半自由声场中，吸声性能好的靠近自由声场。2.1.2 声波的物理量度1. 声压、声强、声功率(1) 声压：即声场中单位面积上由声波引起的压力增量为声压，用表示，其单位为Pa。通常都用声压来衡量声音的强弱。声场中某一瞬时的声压值成为瞬时声压，在一定的间隔时间内，最大的瞬时声压值称为峰值声压()。有效声压()：对声波，人们经常研究的瞬时间隔内声压的有效值，即随时间变化的均方根值称为有效声压值。数学友达式为: , 正常人耳刚能听到的声压是2xl0-5Pa，称为听阈声压；人耳产生疼痛感觉的声压是20Pa，称为痛阈声压。(2) 声能密度：单位体积介质所含声波能量，用D表示，常采用一个周期内声能密度的平均值来表示：(3) 声强：在单位时间内，通过垂直声波传播方向的单位面积上的声能，叫做声强。用I表示，单位为Wm2。在自由声场中声压与声强有密切的关系： (4) 声功率： 声源在单位时间内辐射的总能量叫声功率。通常用W表示，单位是w。 lw1N.ms。在自由声场中，W=IS。 对于自由声场球面波则有：， r为离声源的距离（m）。2. 声压级、声强级和声功率级从听阈声压2×10-5Pa到痛阈声压2×101Pa声压的绝对值数量级相差100万倍，表示不方便，人耳对声音的响度感觉与对数成比例。所以，人们采用了声压或能量的对数比表示声音的大小，用“级”来衡量声压、声强和声功率，称为声压级、声强级和声功率级。单位是贝尔（B），贝尔的1/10成为分贝（dB）。在声压级、声强级、声功率级中分别采用人耳对1000Hz纯音的听阈声压、听阈声强和听阈声功率为基准值。(1) 声压级， 为基准声压，即=2×10-5Pa。则有(2) 声强级 ，为基准声强，=10-12W/m2, 则有：(3) 声功率级 ， 为基准声功率，=10-12W，一些声源或噪声的声压级、声功率级参见参考教材及参考书。3. 级的叠加在噪声测量、评价及控制工程中，经常需要对噪声级进行加、减及平均值的计算。由于噪声级以对数为基础，是一个相对量，不可直接相加或相减。进行相关计算时应遵循能量迭加法则，即：声波的能量可以进行迭加。声强(单位：w/m2)和声功率(单位：w)是衡量声能量的物理量，可以直接累加： 式中：IT为i个声源累加后的总声强；Ii为第i个声源的声强；WT为i个声源累加后的总声功率；Wi为第i个声源的声功率。声压(单位：N/m2)是压力单位，不能直接相加减，但从中可以知道，声压平方的和对应着声音能量的相加，即： 式中：PT为总声压；Pi为第i个声源的声压。级的运算可采用公式法和图表法。(1) 公式法 级的运算步骤为：首先将声压级按公式换算为声压，进行加减运算后再换算为声压级。设有n个不同的声源，其声压级分别为P1、P2 、Pn ，相对应的声压级分别为LP1、LP2LPn ，根据能量叠加法则，总的声压级可以表示为： ，故有： 由上式可知，当有n个声压级相同的声音存在时，即LP1=LP2=LPn ，其总声压级为：例题见教材20页。(2) 图表法 在工程上，在不需要十分精确的情况下，为了简便起见，经常使用图表法求总声压级，具体步骤为：1） 两个声压级有LP1LP2，求出两个声压级的差LP=LP1-LP2 ；2） 由图表中查出相应的增值LP ；3） 把增值与两个声压级中较大的LP1相加，可得LP1与LP2叠加后的声压级，即；4） 按照上述步骤，将各个声源的声压级两两进行叠加，即可求出总声压级。两个不同声压级的声音叠加分贝增值表01234567891011121314153.02.52.11.81.51.21.00.80.60.50.40.30.30.20.20.1不同声压级叠加分贝增值图（见教材21页）例题见教材20页。4. 级的“相减”在实际测量中经常遇到这样的问题：已知环境背景噪声LPB，并在背景噪声存在的情况下，测得某一声源的声压级LPT，求该声源的实际声压级LPS，这时需要使用声压级的减法。声压级的减法也可以用公式法或图表法进行计算。1) 公式法根据能量叠加法则，可以导出声压级减法的计算公式： 例：某车床运转时，在相距1m处测得的声压级为85dB，该车床停车时，在同一地点测得的环境背景噪声为75dB，求该车床单独产生的声压级？解：已知：LPT=85dB，LPB=75dB，则车床单独产生的声压级为：2) 图表法首先求出LPT与LPB的差值，在表或图中查出与LPT-LPB相对应的LP，则LPS=LPT-LP例：使用图表法计算上题中的车床的声压级解：LPTLP1=10dB，查表LP=0.5dB，则LP2=85-0.5=84.5（dB）分贝“相减的修正值”12345678910116.94.432.31.71.310.80.60.450.34 背景噪声修正曲线（见教材22页） 例题参见教材21页。5. 平均声压级 6. 频谱及频谱分析(1) 频谱分析：声音的频率是很复杂的，为了较详细地了解声音成分分布范围和性质，通常对一个噪声源发出的声音，将它的强度按频率顺序展开，使声强成为频率的函数，并考查其坐标图上的形状。相应的图称为频谱图。成谱又称线谱、离散谱，如乐器（基音，泛音），连续谱又称无调噪声，有些噪声源，如鼓风机、