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環(huán)保工程師輔導(dǎo)之消聲降噪工程(三)

更新時間:2009-10-19 23:27:29 來源:|0 瀏覽0收藏0

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  二、擴(kuò)張室消聲器

  擴(kuò)張室消聲器是抗性消聲器的主要形式之一?剐韵暺骱妥栊韵暺鞑煌,它不使用吸聲材料,而是利用各種不同形狀的管道、腔和室進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合,提供管道系統(tǒng)的阻抗失配,使聲波產(chǎn)生反射或干涉現(xiàn)象,從而降低由消聲器向外輻射的聲能?剐韵暺鞯男阅芎凸艿澜Y(jié)構(gòu)形狀有關(guān),一般選擇性較強(qiáng),適用于窄帶噪聲和低、中頻噪聲的控制。

  1、消聲原理及分類

  擴(kuò)張室消聲抗性消聲器最常用的結(jié)構(gòu)形式,也稱膨脹式消聲器。其主要消聲原理是:利用管道的截面突變引起聲阻抗變化,使得一部分沿管道傳播的聲波反射回聲源;同時,通過腔、室和內(nèi)接管長度的變化,使得向前傳播的聲波與在不同管截面上的反射波之間產(chǎn)生 的相位差,相互干涉,從而達(dá)到消聲的目的。

  按其通道的結(jié)構(gòu)形式,擴(kuò)張室消聲器可分為單腔式、孔形式、錐形式、帶外連接管的雙節(jié)式、帶內(nèi)連接管的雙節(jié)式五種基本形式。

  2、擴(kuò)張室消聲器消聲量的計算

  (1)單腔擴(kuò)張室消聲器

  如果只考慮擴(kuò)張室本身的特性,單腔擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失可以采用下式計算:

  式中: ―擴(kuò)張室長度,m; ―擴(kuò)張比, ; ―擴(kuò)張室截面積,m2 ; ―進(jìn)氣管截面積,m2 ; ―出氣管截面積,m2 ; ―波數(shù), 。

  多數(shù)情況下,擴(kuò)張室消聲器的進(jìn)、出氣口管徑是一樣的, 。消聲量表達(dá)式為:

  圖5-2-48給出的是不同 值的單節(jié)擴(kuò)張室消聲器傳遞損失曲線。傳遞損失是一個周期性函數(shù)。當(dāng) 時,消聲量為最大值,此時,上式可寫成: 由 和 可以計算出消聲器的最大消聲頻率和通過頻率(無衰減)

  為了消除某一特定頻率的噪聲可適當(dāng)選擇擴(kuò)張室的長度,以使消聲器在該頻率上有最大消聲量。

  (2)外連接管雙腔擴(kuò)張室消聲器

  為了改進(jìn)擴(kuò)張室消聲器的性能,經(jīng)常把兩節(jié)擴(kuò)張室消聲器用一定長度的連接管聯(lián)結(jié)起來。帶外連接管的雙腔擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失為; (3)內(nèi)連接管雙腔擴(kuò)張室消聲器

  內(nèi)連接管雙腔擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失為: (4)孔形擴(kuò)張室消聲器

  孔形擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失可按下式計算: (5)錐形式擴(kuò)張室消聲器

  在有些情況,不允許使用管道橫截面突然收縮和膨脹的消聲器,可以使用錐形過渡管室,它的原理和一般擴(kuò)張室消聲器相同。傳遞損失按圖5-2-52計算。

  3、擴(kuò)張室消聲器的設(shè)計

  (1)消聲器基本結(jié)構(gòu)的選擇

  單腔擴(kuò)張室在實際應(yīng)用中比較少,為了在較寬的頻率范圍內(nèi)有較好的消聲效果,通常把多節(jié)不同的擴(kuò)張室消聲器用不同長度的插入管串聯(lián)起來。多節(jié)組合的擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失,可以先分別計算各單腔擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失,再進(jìn)行算術(shù)疊加。當(dāng)然,由于各個擴(kuò)張室之間存在耦合現(xiàn)象,總的消聲量并不等于算術(shù)疊加值,但作為定性還可以采用。

  通過多節(jié)擴(kuò)張室的串聯(lián)組合,可以改善整個消聲頻率特性,同時還可以提高總的消聲量。

  由于消聲器通道截面的突然擴(kuò)張和收縮,將會增大擴(kuò)張室消聲器的阻力損失,為了改善其空氣動力性能,常借助穿孔管將擴(kuò)張室的插入管連接起來。

  在實際應(yīng)用設(shè)計中,有時為了減少體積,把多個擴(kuò)張室消聲器單元,通過串聯(lián)和并聯(lián)等方式,合理的組合,滿足聲學(xué)指標(biāo)和空氣動力性能指標(biāo)。

  (2)上、下限截止頻率的控制

  擴(kuò)張室消聲器的消聲量隨著擴(kuò)張比的增大而增加,為獲得較大的消聲量就要增大擴(kuò)張比?梢酝ㄟ^兩個途徑達(dá)到目的:一是增加擴(kuò)張室的截面積,二是縮小進(jìn)、排氣管的口徑。而后者將受到流速、壓力損失等因素的限制,對于前者也不能無限度地增大;谄矫娌ɡ碚,當(dāng)擴(kuò)張室的橫截面積過大時,波長很短的高頻聲波以窄聲束形式從消聲器通道中部通過,類似阻性消聲器的高頻失效頻率那樣,將導(dǎo)致消聲量急劇下降。擴(kuò)張室消聲器的上限截止頻率可用下式計算: 式中: ――聲速,m/s;D――擴(kuò)張室直徑(對于面積為S的矩形截面 ),m。

  擴(kuò)張室的截面積越大,消聲上限截止頻率越低,即消聲器的有效消聲頻率范圍越窄。因此,擴(kuò)張比不能盲目地選擇太大,要兼顧消聲量和消聲頻率兩個方面。

  為了解決上限截止頻率的影響,可以用一組并聯(lián)的小通道代替一個大通道,在每個小通道上設(shè)計安裝消聲器,這樣即可在有足夠擴(kuò)張比的條件下,使擴(kuò)張室截面不致過大,從而在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的消聲量。此外,也可以錯開擴(kuò)張室進(jìn)、出口管的軸線。

  在低頻范圍,外來聲波的頻率與擴(kuò)張室和連接管構(gòu)成的聲-振系統(tǒng)的共振頻率相近時,會使聲音放大。擴(kuò)張室消聲器還存在一個下限截止頻率。 式中: ―連接管的截面積,m2; ―擴(kuò)張室容積,m3 ; ―連接管的長度,m; ―聲速, m/s。

  (3)擴(kuò)張室消聲器的設(shè)計程序

 、俑鶕(jù)聲源的頻譜特性,合理地選擇最大消聲頻率,并以此來確定各個擴(kuò)張室及其插入管的長度。

 、诟鶕(jù)所需的消聲量,確定消聲器的擴(kuò)張比m,給出擴(kuò)張室截面的幾何參數(shù)。

 、蹖λO(shè)計的消聲器結(jié)構(gòu),進(jìn)行上、下限截止頻率的驗算,判定其是否在所需消聲頻率范圍之外,如果是在所需范圍之內(nèi),則應(yīng)重新修改設(shè)計方案。

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