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環(huán)保工程師輔導(dǎo)之消聲降噪工程(四)

更新時(shí)間:2009-10-19 23:27:29 來(lái)源:|0 瀏覽0收藏0

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  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(dǎo)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(tǒng)。孔徑中的空氣柱類(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(tǒng)類(lèi)似接上一個(gè)旁支濾波器。當(dāng)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(zhuǎn)換為熱能而耗散掉。這樣,有少量聲能輻射出去,從而達(dá)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(cè)壁設(shè)置共振結(jié)構(gòu),同軸型是指在管道的周?chē)ㄟ^(guò)很多小孔設(shè)置共振結(jié)構(gòu),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(jì)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(xù)和體積速度連續(xù)方程,可以計(jì)算單腔共振消聲器的傳遞損失。

  當(dāng)聲波波長(zhǎng)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(duì)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(shù)量; -傳導(dǎo)率,具有長(zhǎng)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(duì)于倍頻帶,消聲量為: 對(duì)于1/3倍頻帶,消聲量為: 3、共振腔消聲器的設(shè)計(jì)

  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(shè)計(jì):

  (1)根據(jù)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(yīng)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(dǎo)率。

  (3)在容積和傳導(dǎo)率確定后,即可設(shè)計(jì)消聲器的具體幾何參數(shù)。對(duì)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(duì)于同樣的傳導(dǎo)率數(shù)值,也可以有多種孔徑、板厚、穿孔數(shù)的組合。

  設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng):

 ?、俟舱袂坏某叽鐟?yīng)小于共振頻率相應(yīng)波長(zhǎng)的1/3,以保證共振腔可以視為集中參數(shù)元件。

  ②穿孔位置應(yīng)集中共振腔的中部,所占范圍應(yīng)小于共振頻率波長(zhǎng)的1/12。穿孔不能過(guò)密或過(guò)稀,避免傳導(dǎo)率的降低及聲波的干涉??仔木鄳?yīng)大于或等于孔徑的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(jié)構(gòu)的聲阻,可以適當(dāng)擴(kuò)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(jié)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?cái)U(kuò)展消聲頻率范圍。

  四、阻抗復(fù)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(jié)構(gòu)的消聲器復(fù)合起來(lái)使用,使它們?nèi)¢L(zhǎng)補(bǔ)短,這種結(jié)構(gòu)的消聲器即常說(shuō)的阻抗復(fù)合式消聲器。

  根據(jù)不同的消聲原理,結(jié)合具體的現(xiàn)場(chǎng)條件及聲源特性,通過(guò)不同方式的組合即可設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)形式的阻抗復(fù)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(duì)于有脈動(dòng)氣流存在的場(chǎng)所。

  對(duì)于阻抗復(fù)合式消聲器,可以定性地認(rèn)為是阻性與抗性在同頻帶內(nèi)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?yàn)槁暡ㄔ趥鞑ミ^(guò)程中產(chǎn)生的干涉、反射等聲學(xué)現(xiàn)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(yīng)用中,還是用實(shí)際測(cè)量來(lái)了解復(fù)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(shè)吸聲材料來(lái)提高結(jié)構(gòu)的傳遞損失,例如在擴(kuò)張室消聲器內(nèi)部敷設(shè)一定厚度的阻性吸聲層。

  五、微穿孔板消聲器

  微穿孔板消聲器是利用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)制成的消聲器。在厚度小于1mm的板材(金屬板或其他板材)上,開(kāi)適量孔徑為1mm左右的微孔,穿孔率一般為1%~3%,在穿孔板后留有一定的空腔,即成為微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。

  微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是一種高聲阻、低聲質(zhì)量的吸聲元件。

  微穿孔板消聲器的結(jié)構(gòu)形式類(lèi)似于阻性消聲器,按氣流通道的形狀,可分為直管式、片式、折板式、聲流式等。

  微穿孔板消聲器的設(shè)計(jì)方法與阻性消聲器基本相同,不同之處在于用穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)代替了阻性吸聲材料。其消聲量也可參照彼洛夫公式進(jìn)行計(jì)算。在低頻范圍使用時(shí),當(dāng)聲波的波長(zhǎng)大于空腔尺寸時(shí),可用共振式消聲器的消聲量公式計(jì)算。

  為了保證在寬頻帶有較高的吸聲,一般均采用雙層吸聲結(jié)構(gòu)。在多層時(shí),空腔厚度可以按不同的吸聲頻帶確定。前后兩層空腔的厚度可以相同,也可以不同,接觸氣流的第一層穿孔板率可以適當(dāng)高于后面一層。

  為了防止聲波在空腔內(nèi)沿管長(zhǎng)方向的傳播,可以在適當(dāng)部位加若干橫向擋板。

  微穿孔板消聲器主要有以下一些優(yōu)點(diǎn):

  (1)空氣動(dòng)力性能好,適用于要求阻損小的設(shè)備。

  (2)氣流再生噪聲低,可以允許有較高的氣流速度。

  (3)不使用阻性吸聲材料,沒(méi)有纖維、粉塵的泄漏,可用于衛(wèi)生條件要求嚴(yán)苛的醫(yī)藥、食品等行業(yè)。

  (4)穿孔板可用普通金屬板制成,也可以用不銹鋼或鋁板制成,或者對(duì)板材進(jìn)行防腐處理,可用于高溫、潮濕、腐蝕或有短暫火焰的環(huán)境中。

  在選用微穿孔板消聲器時(shí),如果要求阻損小,可以采用直管式;如果阻損要求不太嚴(yán)格時(shí),也可考慮采用聲流式或其他形式的消聲器。

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