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第7章消聲技術 1 1 消聲器性能評價 消聲器 允許氣流通過 又能有效地阻止或減弱聲能向外傳播的裝置 主要安裝在氣流通過管道中或進氣口 排氣口 2 對消聲器的基本要求 聲學性能 消聲量大空氣動力性能 阻力小 壓力損失小 機械結構性能外形和裝飾價格和費用 材質耐用 耐高溫 耐腐蝕 耐潮濕 耐粉塵 結構簡單 體積小 重量輕 便于制作安裝和維修 3 1 1消聲器聲學性能評價 1 傳聲損失LR 2 衰減量 3 插入損失LIL 4 1 傳聲損失TL 消聲器進口端聲功率級與出口端聲功率級之差 傳聲損失反映消聲器自身的特性 與聲源 末端負載等因素無關 適用于理論計算和在實驗室檢驗消聲器自身的消聲特性 5 2 衰減量 消聲器內部兩點間的聲壓級的差值稱為衰減量 主要用來描述消聲器內聲傳播的特征 通常以消聲器單位長度的衰減量 dB m 來表征 6 3 插入損失LIL 插入損失是在系統(tǒng)中插入消聲器前 后 在系統(tǒng)外某點測得的聲壓級之差 即LIL Lp1 Lp2 適于在現(xiàn)場測量中用來評價安裝消聲器前后的綜合效果 7 1 2消聲器的空氣動力性能 阻力損失 氣流通過消聲器時 出口端流體全壓比進口端降低的數(shù)值 消聲器的阻力損失由兩部分組成 局部阻力 沿程摩擦阻力 8 2 消聲器的種類和設計 阻性消聲器 抗性消聲器 阻抗復合式消聲器 擴散消聲器 擴張室消聲器 共振腔消聲器 干涉式消聲器 無源干涉式消聲器 有源干涉式消聲器 小孔噴注消聲器 多孔擴散消聲器 節(jié)流減壓消聲器 按消聲機理和結構消聲器分為 9 10 2 1阻性消聲器 2 1 1阻性消聲器的消聲原理2 1 2阻性消聲器的結構形式2 1 3阻性消聲器的設計 11 2 1 1阻性消聲器的消聲原理 消聲原理 利用吸聲材料消聲 把吸聲材料固定在氣流通道內壁或按一定的方式在管道中排列起來 因摩擦阻力和黏滯力將聲能轉化為熱能而散發(fā)掉 從而達到消聲的目的 吸聲材料類似于電學中的電阻 故稱阻性消聲器 12 消聲的頻率特性 具有良好的中 高頻消聲性能 適用范圍 消除風機 燃氣輪機進 排氣噪聲 即氣體流速不大的情況 13 2 1 2阻性消聲器的結構形式 直管式片式折板式迷宮式蜂窩式聲流式盤式彎頭式 14 1 直管式消聲器 特點 結構簡單 氣流直通 阻力損失小 應用 適用于氣體流量較小的情況 不適用于氣體流量較大的情況 15 消聲量計算 其中 L 消聲器氣流通道斷面周長 mS 消聲器的氣流通道截面積 m2l 消聲器的有效長度 mj a0 消聲系數(shù) 與材料的法向吸聲系數(shù)a0 駐波管法 有關 A N 別洛夫理論計算公式 j a0 與a0的換算關系 16 H J 賽賓經驗公式 無規(guī)入射平均吸聲系數(shù) 混響室法 17 例 選用同一種吸聲材料 平均吸聲系數(shù)為0 46 襯貼的消聲管道 管道有效長度為2m 管道有效截面積1500cm2 當截面形狀分別為圓形 正方形和1 5矩形時 試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大 哪種最小 解題思路 18 當管道為圓形時 19 當管道為正方形時 20 當管道截面為1 5矩形時 21 L矩 L正 L圓 即 管道截面面積S一定時 管道截面為矩形的聲音衰減量最大 L S最大 管道截面為圓形的聲音衰減量最小 L S最小 22 2 2抗性消聲器 23 2 2 1擴張室消聲器 擴張室式消聲器 利用管道截面的擴張 或收縮 引起某些頻率的聲波反射 從而達到消聲目的 結構類型 單節(jié)擴張室式消聲器 多節(jié)擴張室式消聲器 單節(jié)擴張室式消聲器 24 多節(jié)擴張室式消聲器 一般串聯(lián)2 4節(jié) 否則氣流阻力太大 25 單節(jié)擴張室消聲器的消聲量 擴張室長度 m k 波數(shù) 擴張比 消聲量與擴張比 頻率 擴張室長度有關 對某一頻率噪聲進行消聲器的設計 就是確定擴張室的長度和擴張室直徑 擴張比 26 sin2kl做周期性變化 0 1 消聲量也做是周期性變化 當sinkl 0時 DL 0當sinkl 1時 27 當時 擴張室消聲量達到最小值 fmin稱為通過頻率 28 當時 擴張室消聲量達到最大值 29 P168圖7 7消聲量與擴張室腔長l的關系 擴張比m一定時 m一定時 可確定最大消聲量l變化 最大消聲量對應的頻率fmax和最小消聲量對應的頻率fmin發(fā)生移動 消聲量與擴張室長度l的關系 30 擴張室最大消聲量與擴張比m的關系 圖7 6單節(jié)擴張室消聲器的消聲量 增大擴張比m 消聲量增大 一般擴張比m 5 31 擴張室消聲器的截止頻率 P169 上限截止頻率 擴張室的截面積越大 消聲上限截止頻率越低 即有效消聲頻率范圍越窄 因此 擴張比不能盲目選擇太大 一般擴張比m不超過20 在實際工程中一般取9 m 16 D 擴張室截面當量直徑 圓管即直徑 32 下限截止頻率 連接管的截面積 m2 連接管的長度 l1 a b 擴張室體積 33 例 某柴油機進氣口噪聲在125Hz有一明顯峰值 進氣口管徑為150mm 管長3m 設計一個單節(jié)擴張室消聲器安裝在進氣口上 對其進行消聲處理 要求對125Hz噪聲具有15dB的消聲量 消聲器后連接管長1m 求擴張室長度 n 0 擴張室長度 34 求擴張比m 解方程可簡化計算 因為一般m 5 35 擴張室直徑 36 驗算截止頻率 37 2 2 2共振腔式消聲器 共振腔式消聲器 一種抗性消聲器 利用共振吸聲原理進行消聲 結構形式 在一段氣流通道的管壁上開一些小孔 使其與管外閉合的空腔相通 就構成了共振消聲器 38 共振消聲器實質上是共振吸聲結構的一種應用 其基本原理基于亥姆霍茲共振器 管壁小孔中的空氣柱彈性形變很小 可看作一質量塊 密閉腔中的空氣彈性形變大 類似一彈簧 二者組成一個共振系統(tǒng) 當聲波傳至頸口時 在聲壓作用下空氣柱產生振動 振動時的摩擦阻尼使一部分聲能轉換為熱能耗散掉 同時 由于聲阻抗的突然變化 一部分聲波發(fā)生反射 當聲波頻率與共振腔固有頻率相同時 便產生共振 空氣柱振動速度達到最大值 此時消耗的聲能最多 消聲量也就最大 消聲基理 39 消聲量的計算 1 對單一頻率f的消聲量 fr 共振頻率 G 傳導率 單位m t 小孔頸長d 小孔直徑S0 小孔面積 So pd2 4 40 工程上應用的共振消聲器很少是開一個孔的 而是由多個孔組成 保證孔心距大于5倍的小孔孔徑則總的傳導率等于各個孔的傳導率之和 即G nGi n為孔數(shù) 41 V 空腔體積 m3S 氣流通道截面積 m2 42 2 某一頻帶內的消聲量 43 共振腔式消聲器的消聲特性 44 共振腔式消聲器的設計步驟 P175 根據(jù)要消除的主要頻率和消聲量 根據(jù)式確定K值 由K值 根據(jù)公式求出共振腔體積V和傳導率G 根據(jù)V和G 設計消聲器的幾何尺寸 上限截止頻率也根據(jù)公式進行計算 聲速c 340m s D2為共振腔直徑 45 例 在管徑為100mm的常溫氣流通道上 設計一單腔共振消聲器 要求在125Hz的倍頻帶上有15dB的消聲量 46 解 已知量 管徑D1 100mm 0 1m 消聲量TL 15dB 中心頻率f 125Hz 第1步 對倍頻帶 根據(jù)公式 47 第2步 確定共振腔體積V和傳導率G 利用公式 其中S是管道截面積S1 pD12 4fr取125Hz 此時對125Hz的聲音消聲量最大 48 第3步 設計尺寸 共振腔直徑 長度 小孔孔徑 孔數(shù) 擬定設計方案為與原管道同軸的圓筒形共振腔 其內徑即為100mm 外徑取400mm 由經驗證合理 則共振腔的長度 49 設計取小孔頸長t 2mm 孔徑d 5mm 求小孔數(shù) 50 共振式消聲器設計方案圖 51