第7章-消声技术-阻性消声器.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,r,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,r,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,L,R,（,2,）衰减量,（,3,）插入损失,L,IL,（,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。,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,L,IL,：,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,L,IL,L,p1,L,p2,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,（,1,）,直管式消声器,特点：结构简单、气流直通，阻力损失小。,应用：适用于气体流量较小的情况，不适用于气体流量较大的情况。,消声量计算,其中：,L,消声器气流通道断面周长，,m,S,消声器的气流通道截面积，,m,2,l,消声器的有效长度，,m,j,(,a,0,),消声系数，与材料的法向吸声系数,a,0,（驻波管法）,有关,A.N.,别洛夫 理论计算公式：,1,1.5,0.86,0.75,0.64,0.55,0.47,0.39,0.31,0.24,0.17,0.11,0.05,0.60,1,0.55,0.50,0.45,0.40,0.35,0.30,0.25,0.20,0.15,0.10,0.05,j,(,a,0,),与,a,0,的换算关系,H.J.,赛宾 经验公式,：,与 的换算关系,1.00,0.863,0.732,0.607,0.489,0.329,0.327,1.00,0.90,0.80,0.70,0.60,0.50,0.45,0.277,0.230,0.185,0.144,0.105,0.070,0.040,0.015,0.40,0.35,0.30,0.25,0.20,0.15,0.10,0.05,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,1500cm,2,。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？,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：,当管道为圆形时：,当管道为正方形时：,当管道截面为,1,：,5,矩形时：,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,24,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,扩张室长度,m,k,波数,扩张比,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）,sin,2,kl,做周期性变化（,01,），,消声量也做是周期性变化：,当,sin,kl,=0,时，,D,L=0,当,sin,kl,=1,时，,当 时，,扩张室消声量达到最小值：,f,min,称为通过频率,当 时，,扩张室消声量达到最大值：,P168,图,7-7,消声量与扩张室腔长,l,的关系（扩张比,m,一定时）,f,min,f,max,f,max,f,max,f,min,频率,f/Hz,消声量,/dB,0,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,f,max,和最小消声量对应的频率,f,min,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,扩张室消声器的截止频率：（,P169,）,上限截止频率,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,9m 16,D-扩张室截面当量直径，,圆管即直径,下限截止频率,连接管的截面积，,m,2,连接管的长度，,l,1,=,a+b,连接管,a,连接管,b,扩张室,扩张室体积，,【,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,）,求,扩张室长度：,n=0,扩张室长度：,求扩张比,m,解方程可简化计算：因为一般,m5,扩张室直径：,连接管,a,连接管,b,扩张室,验算截止频率：,连接管,a,连接管,b,扩张室,768Hz,13Hz,2.2.2,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,:,f,r,-,共振频率,:,G-,传导率,单位,m:,t,：小孔颈长,d:,小孔直径,S,0,：小孔面积，,S,o,=,p,d,2,/4,d,D,1,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=,nG,i,(n,为孔数,),V,：空腔体积，,m,3,S,：气流通道截面积,m,2,外,径,D,2,内径,D,1,共振腔长度,l,(2),某一频带内的消声量,共振腔式消声器的消声特性,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),根据要消除的主要频率和消声量，根据式,确定,K,值；,由,K,值，根据公式,求出共振腔体积,V,和传导率,G,；,根据,V,和,G,设计消声器的几何尺寸；,上限截止频率也根据公式 进行计算。（声速,c=340m/s,，,D,2,为共振腔直径）,【,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,D,1,=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,第,2,步：确定共振腔体积,V,和传导率,G,利,用,公,式,其中,S,是管道截面积,S,1,=,p,D,1,2,/4,f,r,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）,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 经验证合理）,则共振腔的长度：,外,径,D,2,内径,D,1,共振腔长度,l,设计取小孔颈长,t=2mm,，孔径,d=5 mm,求小孔数,:,共振式消声器设计方案图,