三、共振腔式消聲器
1、消聲原理及分類(lèi)
共振腔消聲器也是抗性消聲器的一種主要形式。它是利用共振吸聲原理進(jìn)行消聲的,最簡(jiǎn)單的共振消聲器是單腔共振消聲器。一個(gè)封閉的容積通過(guò)一個(gè)導管或多個(gè)小孔與氣流通道相連,即可組成一個(gè)共振系統?讖街械目諝庵(lèi)似一個(gè)活塞,具有一定的聲質(zhì)量;空腔類(lèi)似一個(gè)彈簧,具有一定的聲順;空氣柱振動(dòng)時(shí),壁面的摩擦阻尼產(chǎn)生了一定的聲阻,整個(gè)系統類(lèi)似接上一個(gè)旁支濾波器。當聲波入射到共振腔口時(shí),因聲阻抗的突然變化,一部分聲能將反射回聲源。同時(shí),在聲波的作用下,孔徑中的空氣柱產(chǎn)生振動(dòng),振動(dòng)時(shí)的摩擦阻尼又使一部分聲能轉換為熱能而耗散掉。這樣,有少量聲能輻射出去,從而達到了消聲的目的。
共振腔消聲器按其幾何形狀為:旁支型和同軸型。旁支型是指在管道側壁設置共振結構,同軸型是指在管道的周?chē)ㄟ^(guò)很多小孔設置共振結構,在工程上同軸型共振腔消聲器使用更為廣泛。
2、共振腔消聲器消聲量的計算
一般情況下,如果共振腔的孔徑附近沒(méi)有阻性聲學(xué)材料時(shí),其聲阻很小,在忽略了共振腔的聲阻后,通過(guò)聲壓連續和體積速度連續方程,可以計算單腔共振消聲器的傳遞損失。
當聲波波長(cháng)大于共振腔消聲器的最大尺寸的3倍時(shí),其共振吸收頻率為 ;
或 ;其中 ;對于多孔 式中: -聲速; -孔徑截面積; -共振腔體積; -穿孔板厚度; -小孔直徑; -小孔數量; -傳導率,具有長(cháng)度量綱的物理量。
引入 -與消聲量有關(guān)的無(wú)量綱值; -通道截面積。
對于倍頻帶,消聲量為: 對于1/3倍頻帶,消聲量為: 3、共振腔消聲器的設計
在共振腔消聲器中,同軸式共振腔消聲器,即在氣流通道的一定位置上,局部打一定排列的孔與共振腔相連,使用最為廣泛。
按以下步驟進(jìn)行設計:
。1)根據要消除的主要頻率和所要求的消聲值(倍頻程或1/3倍頻程)確定相應的K值。
。2)確定K值后,按 、 所確定的關(guān)系,求出共振腔的體積和傳導率。
。3)在容積和傳導率確定后,即可設計消聲器的具體幾何參數。對于確定的共振容積來(lái)說(shuō),可以有多種不同的幾何形狀和尺寸;對于同樣的傳導率數值,也可以有多種孔徑、板厚、穿孔數的組合。
設計時(shí)的注意事項:
、俟舱袂坏某叽鐟∮诠舱耦l率相應波長(cháng)的1/3,以保證共振腔可以視為集中參數元件。
、诖┛孜恢脩泄舱袂坏闹胁,所占范圍應小于共振頻率波長(cháng)的1/12.穿孔不能過(guò)密或過(guò)稀,避免傳導率的降低及聲波的干涉?仔木鄳笥诨虻扔诳讖降5倍。
共振腔消聲器的優(yōu)點(diǎn)是特別適用于低、中頻成分突出的噪聲,且消聲量也比較大,這恰恰是一般阻性消聲器的弱點(diǎn)。其缺點(diǎn)是消除噪聲的有效頻率范圍窄,如果要增加共振結構的聲阻,可以適當擴展有效消聲頻率范圍。在共振腔中增加一些較大的材料,如多孔吸聲材料,或在孔頸處貼薄而透聲的材料,如纖維布等。在實(shí)際工程中,也經(jīng)常采用多節共振腔串聯(lián)的方法,把兩個(gè)以上不同共振頻率的共振腔串接起來(lái),可以有效地擴展消聲頻率范圍。
四、阻抗復合式消聲器
在實(shí)際工程中,常遇到的噪聲多是寬頻帶的,為了在低、中、高頻均獲得較好的消聲效果,可以將阻性、抗性?xún)煞N結構的消聲器復合起來(lái)使用,使它們取長(cháng)補短,這種結構的消聲器即常說(shuō)的阻抗復合式消聲器。
根據不同的消聲原理,結合具體的現場(chǎng)條件及聲源特性,通過(guò)不同方式的組合即可設計出不同結構形式的阻抗復合消聲器。一般情況下,抗性部分放在前面(入口端),阻性部分放在后面,特別對于有脈動(dòng)氣流存在的場(chǎng)所。
對于阻抗復合式消聲器,可以定性地認為是阻性與抗性在同頻帶內的消聲值疊加,但定量地講,總的消聲值并非是簡(jiǎn)單的疊加關(guān)系。因為聲波在傳播過(guò)程中產(chǎn)生的干涉、反射等聲學(xué)現象,以及聲的耦合作用,相互影響,不易確定簡(jiǎn)單的定量關(guān)系,在實(shí)際應用中,還是用實(shí)際測量來(lái)了解復合消聲器的消聲特性。
有時(shí)也可以在某些抗性聲學(xué)元件中敷設吸聲材料來(lái)提高結構的傳遞損失,例如在擴張室消聲器內部敷設一定厚度的阻性吸聲層。
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