抗性消聲器原理及技術(shù)

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作者來源:李清 ????? 發(fā)布時(shí)間： 2020-04-12 13:23

導(dǎo)讀：抗性消聲器原理，抗性消聲器技術(shù)?？剐韵暺魇巧a(chǎn)通過管道截面的突變處或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變而產(chǎn)生聲能的反射、干涉，從而降低由消聲器向外輻射的聲

抗性消聲器概述：

抗性消聲器是生產(chǎn)通過管道截面的-變處或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變而產(chǎn)生聲能的反射、干涉，從而降低由消聲器向外輻射的聲能，以達(dá)到消聲目的的消聲器。-種將聲波反射回到聲源的消聲器。在其內(nèi)采用膨脹和共鳴器等結(jié)構(gòu)使阻抗失配以反射聲波。主要用于空氣壓縮機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和其他活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣口，特別適用于低頻率的消聲及帶有-溫、易燃?xì)怏w的情況。它對(duì)氣流產(chǎn)生的壓降較-而造成發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓，這是設(shè)計(jì)中的-個(gè)重要問題。

抗性消聲器簡(jiǎn)介：

主要適于降低低頻及中低頻段的噪聲。抗性消聲器的----是不需使用多孔吸聲材料，因此在--溫、抗潮濕、對(duì)流速較-、潔凈要求較-的條件均比阻性消聲器好。抗性消聲器是由-變界面的管和室組合而成的，好像是-個(gè)聲學(xué)濾波器，與電學(xué)濾波器相似，每-個(gè)帶管的小室是濾波器的-個(gè)網(wǎng)孔，管中的空氣-相當(dāng)于電學(xué)上的電感和電阻，稱為聲-和聲阻。小室中的空氣體積相當(dāng)于電學(xué)上的電容，稱為聲順。與電學(xué)濾波器類似，每-個(gè)帶管的小室都有自己的固有頻率。當(dāng)包含有各種頻率成分的聲波進(jìn)入--個(gè)短管時(shí)，只有在--個(gè)網(wǎng)孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網(wǎng)孔到達(dá)-二個(gè)短管口，而另外-些頻率的聲波則不可能通過網(wǎng)孔．只能在小室中來回反射，因此，我們稱這種對(duì)聲波有濾波功能的結(jié)構(gòu)為聲學(xué)濾波器。選取適當(dāng)?shù)墓芎褪疫M(jìn)行組合．就可以濾掉某些頻率成分的噪聲，從而達(dá)到消聲的目的。抗性消聲器適用于消除中、低頻噪聲。

抗性消聲器的原理：

抗性消聲器：以達(dá)到消聲目的的消聲器。主要適于降低低頻及中低頻段的噪聲?？剐韵暺鞯?---是不需使用多孔吸聲材料，因此在--溫、抗潮濕、對(duì)流速較-、潔凈要求較-的條件均比阻性消聲器好。抗性消聲器是由-變界面的管和室組合而成的，好像是-個(gè)聲學(xué)濾波器，與電學(xué)濾波器相似，每-個(gè)帶管的小室是濾波器的-個(gè)網(wǎng)孔，管中的空氣-相當(dāng)于電學(xué)上的電感和電阻，稱為聲-和聲阻。小室中的空氣體積相當(dāng)于電學(xué)上的電容，稱為聲順。與電學(xué)濾波器類似，每-個(gè)帶管的小室都有自己的固有頻率。當(dāng)包含有各種頻率成分的聲波進(jìn)入--個(gè)短管時(shí)，只有在--個(gè)網(wǎng)孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網(wǎng)孔到達(dá)-二個(gè)短管口，而另外-些頻率的聲波則不可能通過網(wǎng)孔．只能在小室中來回反射，因此，我們稱這種對(duì)聲波有濾波功能的結(jié)構(gòu)為聲學(xué)濾波器。選取適當(dāng)?shù)墓芎褪疫M(jìn)行組合．就可以濾掉某些頻率成分的噪聲，從而達(dá)到消聲的目的?？剐韵暺鬟m用于消除中、低頻噪聲。 -、技術(shù)要求 1. 抗性消聲器就是-組聲學(xué)濾波器，濾掉某些頻率成分的噪聲，達(dá)到消聲的目的。它與阻性消聲器--的區(qū)別是沒有多孔性吸聲材料，包括共振式消聲器和擴(kuò)張式消聲器等。

抗性消聲器技術(shù)要求：

1. 抗性消聲器就是-組聲學(xué)濾波器，濾掉某些頻率成分的噪聲，達(dá)到消聲的目的。它與阻性消聲器--的區(qū)別是沒有多孔性吸聲材料，包括共振式消聲器和擴(kuò)張式消聲器等。

2. 共振式消聲器是利用共振結(jié)構(gòu)的阻抗引起聲波的反射而進(jìn)行消聲。它由小孔板和共振腔構(gòu)成。主要用于消除低頻或中頻窄帶噪聲或峰值噪聲。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空氣阻力小。

3. 擴(kuò)張式消聲器又稱膨脹式消聲器，由各個(gè)擴(kuò)張室與連管連接起來組成。它是利用橫斷面積的擴(kuò)張、收縮引起聲波的反射與干涉來進(jìn)行消聲的。其消聲性能主要取決于擴(kuò)張室的擴(kuò)張比和長(zhǎng)度。

抗性消聲器選用要-：

1. 抗性消聲器選用主要控制參數(shù)消聲量、頻譜-、風(fēng)速、風(fēng)量、空氣阻力（系數(shù)）。

2. 共振消聲器的穿孔板孔徑-般為3~10mm，微穿孔板消聲器穿孔板孔徑-般為0.5~1.0mm。抗性消聲器構(gòu)造簡(jiǎn)單，不使用吸聲材料，消除低中頻帶噪聲性能較好，且阻力小，多用于-溫、-濕場(chǎng)合及潔凈空調(diào)系統(tǒng)。

3. 消聲器消聲效果與風(fēng)速有關(guān)，應(yīng)按廠家產(chǎn)品樣本的動(dòng)態(tài)消聲量選用。

4. 消聲器消聲效果與消聲器入口聲-有關(guān)，消聲器入口通常設(shè)在系統(tǒng)聲源較-的位置（如風(fēng)機(jī)或空調(diào)機(jī)出口處）。

5. 消聲器應(yīng)設(shè)于風(fēng)管系統(tǒng)中氣流平穩(wěn)的管段上，且應(yīng)盡量靠近有噪聲控制要求的地方。

6. 為防止再生噪聲的影響，消聲器空氣通道內(nèi)流速應(yīng)根據(jù)控制噪聲-標(biāo)準(zhǔn)的要求確-，阻性消聲器-般宜在8m/s以下，--不應(yīng)宜>12m/s。微穿孔板消聲器-風(fēng)速的情況下（15~20m/s），風(fēng)阻較-。

7. 消聲器不宜設(shè)置在空調(diào)機(jī)房?jī)?nèi)，也不宜設(shè)置在室外，防止噪聲穿透進(jìn)入消聲器后的管道。

8. 當(dāng)-根風(fēng)管輸送到多個(gè)房間時(shí)，宜擴(kuò)-相鄰房間送風(fēng)口的距離，或采用增加消聲彎頭、風(fēng)管內(nèi)壁粘貼吸聲材料等措施，防止房間的噪聲干擾。

9. -般空調(diào)系統(tǒng)減噪選用阻抗復(fù)合式消聲器，排風(fēng)系統(tǒng)可選用阻性消聲器。

抗性消聲器性能指標(biāo)：

抗性消聲器是控制內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲的主要技術(shù)措施。-量柴油機(jī)汽車和工程機(jī)械應(yīng)用，所帶來的噪聲問題已成為環(huán)境污染的重要問題之-，作為主要噪聲源之-的排氣噪聲-直是降低柴油機(jī)噪聲的研究重-。衡量抗性消聲器的性能指標(biāo)主要包括：插入損失、壓力損失、裝配性能、結(jié)構(gòu)工藝性和使用-。

插入損失：

隨著-家政策的改變，全-各地-型工程項(xiàng)目相繼展開。工程項(xiàng)目對(duì)-型機(jī)械的需求越來越多，隨之而來的是工程機(jī)械行業(yè)的-力發(fā)展。工程機(jī)械在增-功率的同時(shí)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的噪聲影響越來越-。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲占工程機(jī)械噪聲的主要部分，使用消聲器是降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的-有效途徑。對(duì)于工程機(jī)械，應(yīng)用-多的消聲器是抗性消聲器，因?yàn)榭剐韵暺鞑粫?huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煙塵、油漬堵塞，便于維護(hù)。本文論述了抗性消聲器的消聲原理和評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)抗性消聲器試驗(yàn)設(shè)備及系統(tǒng)組成，包括聲學(xué)測(cè)量、氣流測(cè)量、壓力測(cè)量和插入損失測(cè)量四部分，進(jìn)行了介紹。同時(shí)闡明了試驗(yàn)的原理與方法，明確插入損失測(cè)量數(shù)據(jù)來源。通過分析多種抗性消聲器的試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，建立了消聲器在970-2200r/min轉(zhuǎn)速下的1/3倍頻程頻譜。經(jīng)過對(duì)噪聲頻譜的分析，探尋抗性消聲器的消聲性能與結(jié)構(gòu)布置、氣流的關(guān)系。在不考慮壓力損失的條件下，抗性消聲器的消聲性能與擴(kuò)張比和插入管的結(jié)構(gòu)關(guān)系-為密切，插入管結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化方案直接影響消聲量計(jì)算結(jié)果。在膨脹腔消聲器、穿孔管消聲器、插入管消聲器經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式以及氣流再生噪聲的基礎(chǔ)上，本文提出適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗性消聲器的消聲量計(jì)算公式。計(jì)算方法是：把多腔消聲器分成-至兩腔單-計(jì)算，-后疊加計(jì)算結(jié)果。將經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)作對(duì)比，證明公式在部分頻段具有足夠的正確性、-度。利用內(nèi)燃機(jī)-火頻率計(jì)算得到的計(jì)算值，與試驗(yàn)測(cè)量得到的消聲器的插入損失值誤差在5%以內(nèi)，可以利用此頻率下的計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)整個(gè)消聲器的消聲性能。通過計(jì)算，以減少消聲器設(shè)計(jì)初期的盲目性，縮短設(shè)計(jì)周期。

壓力損失：

隨著近年來汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，伴之而來的汽車噪聲污染也成為全球性的問題，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲是汽車噪聲的主要聲源之-，安裝性能良好的排氣消聲器是降低排氣噪聲的有效途徑。排氣消聲器的設(shè)計(jì)水平影響著我-汽車行業(yè)汽車-的整體提升，排氣消聲器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是研究用來評(píng)價(jià)消聲性能和空氣動(dòng)力性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。在當(dāng)前“節(jié)能減排”、“建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)”的-環(huán)境下，不僅要考慮消聲性能，消聲器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的影響也有重要影響，因此，在-消聲量滿足--標(biāo)準(zhǔn)的前提下，使消聲器的壓力損失在符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下盡量地降低能夠有效提-發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。不僅如此，消聲器相關(guān)技術(shù)的提-能擺脫我-部分消聲器只能依賴-的現(xiàn)狀，提--產(chǎn)消聲器的-競(jìng)爭(zhēng)力，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。--對(duì)于消聲器基本單元和不同入口流速下消聲器的壓力損失的變化規(guī)律進(jìn)行了相關(guān)研究，利用計(jì)算流體力學(xué)的方法，通過前期建模、網(wǎng)格劃分、求解器選擇、邊界條件設(shè)-等步驟，對(duì)消聲器基本單元(擴(kuò)張室、內(nèi)插管、穿孔管)的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了消聲器基本單元結(jié)構(gòu)(進(jìn)出口直徑、擴(kuò)張比、內(nèi)插管長(zhǎng)度及位置、穿孔管穿孔率和穿孔孔徑)對(duì)消聲器氣流速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、湍動(dòng)能場(chǎng)的影響規(guī)律，探討了不同入口流速條件下消聲器消聲單元壓力損失的變化規(guī)律，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)消聲器的設(shè)計(jì)提供了--的設(shè)計(jì)依據(jù)。其次進(jìn)行了復(fù)雜單元結(jié)構(gòu)(擴(kuò)張室、內(nèi)插管、穿孔管)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)消聲器內(nèi)部流場(chǎng)的數(shù)值模擬。-后通過與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了通過數(shù)值計(jì)算方法對(duì)排氣消聲器進(jìn)行壓力損失計(jì)算是有效可行的。

裝配性能：

根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)需求，采用計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)消聲器的消聲性能進(jìn)行了模擬仿真，并輔以試驗(yàn)手段對(duì)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行了驗(yàn)證評(píng)價(jià)，-終達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)，提-了消聲器性能設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度和研發(fā)效率。分析了消聲器設(shè)計(jì)分析方法的發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)闡述了消聲元件的基本消聲原理，并對(duì)消聲器的各項(xiàng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，詳述了消聲器設(shè)計(jì)過程中各基本尺寸參數(shù)的確-方法，并依此設(shè)計(jì)了輕型載貨汽車消聲器的基礎(chǔ)技術(shù)方案，方案選用抗性消聲器，內(nèi)部機(jī)構(gòu)采用擴(kuò)張腔、赫姆霍茲消聲器等復(fù)合結(jié)構(gòu)，主要用于消除發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的中低頻噪聲成分。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用GT-Power軟件對(duì)消聲器性能進(jìn)行了仿真計(jì)算，得到傳遞損失、插入損失等性能參數(shù)，結(jié)合分析結(jié)果，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)-化，并-終形成滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的消聲器詳細(xì)設(shè)計(jì)方案;將消聲器設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為工程圖紙，制作合格的物理樣件，對(duì)消聲器樣件總成在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了主要性能指標(biāo)的測(cè)試，并與模擬仿真結(jié)果結(jié)合進(jìn)行-致性對(duì)比分析。測(cè)試合格的試驗(yàn)樣件-終在整車產(chǎn)品上進(jìn)行裝配，應(yīng)用測(cè)試系統(tǒng)和軟件對(duì)實(shí)際裝車條件下的整車噪聲進(jìn)行測(cè)試及分析，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，分析該消聲器在整車裝配條件下是否滿足整車相關(guān)性能設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求。圍繞消聲器及系統(tǒng)的產(chǎn)品性能指標(biāo)，采用了仿真分析與測(cè)試試驗(yàn)分析相結(jié)合的研究方法，設(shè)計(jì)了可滿足實(shí)際整車工程需要的消聲器產(chǎn)品，縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本，達(dá)到了預(yù)期的產(chǎn)品性能目標(biāo)要求。

共振式消聲器：

利用共振結(jié)構(gòu)的阻抗引起聲波的反射而進(jìn)行消聲。它由小孔板和共振腔構(gòu)成。主要用于消除低頻或中頻窄帶噪聲或峰值噪聲。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空氣阻力小。

擴(kuò)張式消聲器又稱膨脹式消聲器：

由各個(gè)擴(kuò)張室與連管連接起來組成。它是利用橫斷面積的擴(kuò)張、收縮引起聲波的反射與干涉來進(jìn)行消聲的。其消聲性能主要取決于擴(kuò)張室的擴(kuò)張比和長(zhǎng)度。

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