第7章-消声技术-1-11.30-阻性消声器

第7章消声技术1.消声器性能评价2.消声器的种类和设计1.消声器性能评价消声器：允许气流通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。主要安装在气流通过管道中或进气口、排气口对消声器的基本要求：声学性能：消声量大空气动力性能：阻力小（压力损失小）机械结构性能外形和装饰价格和费用材质耐用，耐高温、耐腐蚀、耐潮湿、耐粉尘，结构简单、体积小、重量轻，便于制作安装和维修。1.1消声器声学性能评价（1）传声损失LR（2）衰减量（3）插入损失LIL（1）传声损失TL：消声器进口端声功率级与出口端声功率级之差。2121lg10wwLLwwTL传声损失反映消声器自身的特性，与声源、末端负载等因素无关；适用于理论计算和在实验室检验消声器自身的消声特性。（2）衰减量：消声器内部两点间的声压级的差值称为衰减量，主要用来描述消声器内声传播的特征，通常以消声器单位长度的衰减量（dB/m）来表征（3）插入损失LIL：插入损失是在系统中插入消声器前、后，在系统外某点测得的声压级之差，即LIL＝Lp1－Lp2适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。1.2消声器的空气动力性能阻力损失：气流通过消声器时，出口端流体全压比进口端降低的数值。消声器的阻力损失由两部分组成：局部阻力沿程摩擦阻力2.消声器的种类和设计阻性消声器抗性消声器阻抗复合式消声器扩散消声器扩张室消声器共振腔消声器干涉式消声器无源干涉式消声器有源干涉式消声器小孔喷注消声器多孔扩散消声器节流减压消声器按消声机理和结构消声器分为种类形式消声特性主要用途阻性消声器片式、直管式、蜂窝式、列管式、折板式、声流式、弯头式、百叶式、迷宫式、盘式、圆环式、室式中、高频通风空调系统管道，机房进排风口，空气动力设计进、排风口抗性消声器扩张式共振腔式无源干涉式有源干涉式低中频低频低中频低中频空压机、柴油机、汽车或摩托车发动机等以低中频噪声为主的设备排气噪声阻抗复合式消声器阻性及共振复合式、阻性及扩张复合式宽频带各类宽频带噪声源扩散消声器小孔喷柱式、多孔扩散式、节流减压式宽频带各类排气放空噪声2.1阻性消声器2.1.1阻性消声器的消声原理2.1.2阻性消声器的结构形式2.1.3阻性消声器的设计2.1.1阻性消声器的消声原理消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定的方式在管道中排列起来，因摩擦阻力和黏滞力将声能转化为热能而散发掉，从而达到消声的目的。吸声材料类似于电学中的电阻，故称阻性消声器。消声的频率特性：具有良好的中、高频消声性能。适用范围：消除风机、燃气轮机进、排气噪声（即气体流速不大的情况）。2.1.2阻性消声器的结构形式•直管式•片式•折板式•迷宫式•蜂窝式•声流式•盘式•弯头式消声量计算lSLL0其中：L－消声器气流通道断面周长，mS－消声器的气流通道截面积，m2l－消声器的有效长度，m(0)－消声系数，与材料的法向吸声系数0（驻波管法）有关①A.N.别洛夫理论计算公式：0)(01～1.50.860.750.640.550.470.390.310.240.170.110.050.60～10.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.05(0)与0的换算关系②H.J.赛宾经验公式：lSLL4.103.1与的换算关系1.000.8630.7320.6070.4890.3290.3271.000.900.800.700.600.500.450.2770.2300.1850.1440.1050.0700.0400.0150.400.350.300.250.200.150.100.054.1)(1.4()1.4()－无规入射平均吸声系数（混响室法）例:选用同一种吸声材料（平均吸声系数为0.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为2m，管道有效截面积1500cm2。当截面形状分别为圆形、正方形和1：5矩形时，试问哪种截面形状的声音衰减量最大？哪种最小？lSLL4.103.1•已知平均吸声系数、管道有效长度l、管道截面积S•求出不同形状的截面周长•求消声量解题思路：lSLL4.103.1根据消声量公式mcmSD437.071.43414.315004直径：mDL372.1437.014.3周长：dB4.6215.0372.146.003.1L4.1圆①当管道为圆形时：②当管道为正方形时：mL549.115.04周长：dBL2.7215.0549.146.003.14.1正③当管道截面为1：5矩形时：m866.0515.05b矩形长：m173.0515.0a矩形宽：mL078.2)866.0173.0(2周长：dBL6.9215.0078.246.003.14.1矩△L矩＞△L正＞△L圆即：管道截面面积S一定时，管道截面为矩形的声音衰减量最大（L/S最大）管道截面为圆形的声音衰减量最小（L/S最小）2.2抗性消声器基本类型2.2.1扩张室消声器2.2.2共振式消声器2.2.3干涉式消声器2.2.1扩张室消声器扩张室式消声器：利用管道截面的扩张（或收缩）引起某些频率的声波反射，从而达到消声目的。结构类型：单节扩张室式消声器、多节扩张室式消声器连接管连接管扩张室单节扩张室式消声器多节扩张室式消声器一般串联2~4节，否则气流阻力太大单节扩张室消声器的消声量连接管连接管扩张室klmmTL22sin1411lg10扩张室长度,mk—波数,cfk22扩张比,212212DDSSm消声量与扩张比、频率、扩张室长度有关；对某一频率噪声进行消声器的设计，就是确定扩张室的长度和扩张室直径（扩张比）klmmTL22sin1411lg10sin2kl做周期性变化（0~1），消声量也做是周期性变化：21411lg10mmL当sinkl=0时，L=0当sinkl=1时，①当时，，扩张室消声量达到最小值：kln2sin0kl0TLmin2nfclcfk22fmin称为通过频率klnknl②当时，，扩张室消声量达到最大值：(21)2kln2sin1kl21411lg10mmTLcfk22(21)2klnlc)n(ffc)n(λ)n(l412412412maxP168图7-7消声量与扩张室腔长l的关系（扩张比m一定时）fminfmaxfmaxfmaxfmin频率f/Hz消声量/dB0lc)n(f412max21411lg10mmTLmin2nfclm一定时，可确定最大消声量l变化，最大消声量对应的频率fmax和最小消声量对应的频率fmin发生移动消声量与扩张室长度l的关系扩张室最大消声量与扩张比m的关系：图7-6单节扩张室消声器的消声量增大扩张比m,消声量增大。一般扩张比m521411lg10mmTL扩张室消声器的截止频率：（P169）①上限截止频率Dcf22.1上扩张室的截面积越大，消声上限截止频率越低，即有效消声频率范围越窄。因此，扩张比不能盲目选择太大。一般扩张比m不超过20。在实际工程中一般取9﹤m﹤16D-扩张室截面当量直径，圆管即直径②下限截止频率1122VlScf下连接管的截面积，m2连接管的长度，l1=a+b连接管a连接管b扩张室扩张室体积，lSSV）（12【例】：某柴油机进气口噪声在125Hz有一明显峰值，进气口管径为150mm,管长3m。设计一个单节扩张室消声器安装在进气口上，对其进行消声处理。要求对125Hz噪声具有15dB的消声量。（消声器后连接管长1m）①求扩张室长度：max214cfnlm68.0125434044maxmaxfcllcfn=0扩张室长度：m.13m67dB151411lg102或解方程求出可近似确定扩张比查图，根据消声量mmTL②求扩张比m6lg202lg20lg202lg20)41lg(101411lg1022mmmmmmTL解方程可简化计算：因为一般m5,212212DDSSm由扩张比：2122122mDDmDD即：得：扩张管直径③扩张室直径：连接管a连接管b扩张室222.1Dcf上④验算截止频率：1122VlScf下连接管a连接管b扩张室2114DSlDDlSSV)(4)(212212768Hz13Hz2.2.2共振腔式消声器共振腔式消声器：一种抗性消声器，利用共振吸声原理进行消声。结构形式：在一段气流通道的管壁上开一些小孔，使其与管外闭合的空腔相通，就构成了共振消声器共振消声器实质上是共振吸声结构的一种应用，其基本原理基于亥姆霍兹共振器。管壁小孔中的空气柱弹性形变很小，可看作一质量块;密闭腔中的空气弹性形变大，类似一弹簧，二者组成一个共振系统。当声波传至颈口时，在声压作用下空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼使一部分声能转换为热能耗散掉。同时，由于声阻抗的突然变化，一部分声波发生反射。当声波频率与共振腔固有频率相同时，便产生共振，空气柱振动速度达到最大值，此时消耗的声能最多，消声量也就最大。消声基理消声量的计算(1)对单一频率f的消声量:221lg10ffffKTLrrVGcfr2)8.0(48.020dtddtSGfr-共振频率:G-传导率,单位m:t：小孔颈长d:小孔直径S0：小孔面积，So=d2/4dD1)(20tVSc工程上应用的共振消声器很少是开一个孔的，而是由多个孔组成。保证孔心距大于5倍的小孔孔径则总的传导率等于各个孔的传导率之和：即G=nGi(n为孔数))8.0(48.0n20dtdndtSG221lg10ffffKTLrrSGVK2公式中，lDDV)(42122214DSV：空腔体积，m3S：气流通道截面积,m2外径D2内径D1共振腔长度l(2)某一频带内的消声量)21lg(102KTL对倍频程：)191lg(103/12KTL倍频程：对6.312SGVK共振腔式消声器的消声特性rffrf当时，系统发生共振，消声量最大；在偏离时，消声量迅速下降；K值越小，曲线越尖锐消声量越小；K越大，消声量越大，偏离共振频率时的消声量也有所提高共振腔式消声器的设计步骤(P175)①根据要消除的主要频率和消声量，根据式确定K值；②由K值，根据公式求出共振腔体积V和传导率G；③根据V和G,设计消声器的几何尺寸；④上限截止频率也根据公式进行计算。（声速c=340m/s，D2为共振腔直径）)191lg(10)21lg(1022KTLKTL或VGcfr2和SGVK2222.1Dcf上【例】：在管径为100mm的常温气流通道上，设计一单腔共振消声器，要求在125Hz的倍频带上有15dB的消声量。解：已知量：管径D1=100mm=0.1m;消声量TL=15dB;中心频率f=125Hz。第1步：对倍频带，根据公式)21lg(102KTLK可求出第2步：确定共振腔体积V和传导率GVGcfr2SGVK2SKfVrcVcfGr2)2(利用公式其中S是管道截面积S1=D12/4fr取125Hz,此时对125Hz的声音消声量最大第3步：设计尺寸（共振腔直径、长度，小孔孔径、孔数）①拟定设计方案为与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径即为100mm，外径取400mm（由经验证合