第7章-消聲技術-1-1130-阻性消聲器

1、第第7 7章章 消聲技術消聲技術1. 消聲器性能評價消聲器性能評價2. 消聲器的種類和設計消聲器的種類和設計1.消聲器性能評價消聲器性能評價消聲器：消聲器：允許允許氣流通過，又能氣流通過，又能有效地阻止或減弱聲能有效地阻止或減弱聲能向向外傳播的裝置。外傳播的裝置。主要安裝在主要安裝在氣流通過管道中氣流通過管道中或或進氣口、排氣口進氣口、排氣口對消聲器的基本要求：對消聲器的基本要求：聲學性能：消聲量大聲學性能：消聲量大空氣動力性能：阻力?。▔毫p失?。┛諝鈩恿π阅埽鹤枇π。▔毫p失?。C械結(jié)構(gòu)性能機械結(jié)構(gòu)性能外形和裝飾外形和裝飾價格和費用價格和費用材質(zhì)耐用，耐高溫、耐腐蝕、耐材質(zhì)耐用，耐高溫、耐

2、腐蝕、耐 潮濕、耐粉塵，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、潮濕、耐粉塵，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕，便于制作安裝和維修。重量輕，便于制作安裝和維修。 1.1 消聲器聲學性能評價（1）傳聲損失）傳聲損失LR（2）衰減量）衰減量（3）插入損失）插入損失LIL （1）傳聲損失）傳聲損失TL：消聲器消聲器進口端進口端聲功率級與聲功率級與出口端出口端聲功率級之差。聲功率級之差。2121lg10wwLLwwTL傳聲損失反映消聲器自身的特性，與聲源、末端負載等因傳聲損失反映消聲器自身的特性，與聲源、末端負載等因素無關；素無關；適用于理論計算和在實驗室檢驗消聲器自身的消聲特性。適用于理論計算和在實驗室檢驗消聲器自身的消聲特性。

3、（2）衰減量：）衰減量：消聲器內(nèi)部兩點間的聲壓級的差值稱為衰減量消聲器內(nèi)部兩點間的聲壓級的差值稱為衰減量，主要用來描述消聲器內(nèi)，主要用來描述消聲器內(nèi) 聲傳播的特征，通聲傳播的特征，通常以消聲器單位長度的衰減量（常以消聲器單位長度的衰減量（dB/m）來表來表征征 （3）插入損失）插入損失LIL ：插入損失是在系統(tǒng)中插入消聲器前、后，插入損失是在系統(tǒng)中插入消聲器前、后，在系統(tǒng)外某點測得的聲壓級之差，即在系統(tǒng)外某點測得的聲壓級之差，即LILLp1Lp2 適于在現(xiàn)場測量中用來評價安裝消聲器前后的綜合效果。適于在現(xiàn)場測量中用來評價安裝消聲器前后的綜合效果。1.2 1.2 消聲器的空氣動力性能消聲器的空氣

4、動力性能阻力損失阻力損失：氣流通過消聲器時，出口端流：氣流通過消聲器時，出口端流體全壓比進口端降低的數(shù)值。體全壓比進口端降低的數(shù)值。消聲器的阻力損失由兩部分組成：消聲器的阻力損失由兩部分組成： 局部阻力局部阻力沿程摩擦阻力沿程摩擦阻力2. 消聲器的種類和設計消聲器的種類和設計阻性消聲器抗性消聲器阻抗復合式消聲器 擴散消聲器 擴張室消聲器共振腔消聲器干涉式消聲器無源干涉式消聲器有源干涉式消聲器小孔噴注消聲器多孔擴散消聲器節(jié)流減壓消聲器按消聲機理和結(jié)構(gòu)消聲器分為種 類形 式消聲特性主 要 用 途阻性消聲器阻性消聲器片式、直管式、蜂窩式、列片式、直管式、蜂窩式、列管式、折板式、聲流式、彎管式、折板式

5、、聲流式、彎頭式、百葉式、迷宮式、盤頭式、百葉式、迷宮式、盤式、圓環(huán)式、室式式、圓環(huán)式、室式中、高頻中、高頻通風空調(diào)系統(tǒng)管通風空調(diào)系統(tǒng)管道，機房道，機房進排風進排風口，口，空氣動力設空氣動力設計計 進、排風口進、排風口抗性消聲器抗性消聲器擴張式擴張式共振腔式共振腔式無源干涉式無源干涉式有源干涉式有源干涉式低中頻低中頻低頻低頻低中頻低中頻低中頻低中頻空壓機、柴油機空壓機、柴油機、汽車或摩托車、汽車或摩托車發(fā)動機發(fā)動機等以低中等以低中頻噪聲為主的設頻噪聲為主的設備排氣噪聲備排氣噪聲阻抗復合式消阻抗復合式消聲器聲器阻性及共振復合式、阻性及共振復合式、阻性及擴張復合式阻性及擴張復合式寬頻帶寬頻帶各類寬

6、頻帶噪聲各類寬頻帶噪聲源源擴散擴散消聲器消聲器小孔噴柱式、小孔噴柱式、多孔擴散式、多孔擴散式、節(jié)流減壓式節(jié)流減壓式寬頻帶寬頻帶各類各類排氣放空排氣放空噪噪聲聲2.1 阻性消聲器2.1.1 阻性消聲器的消聲原理2.1.2 阻性消聲器的結(jié)構(gòu)形式2.1.3 阻性消聲器的設計2.1.1 2.1.1 阻性消聲器的消聲原理阻性消聲器的消聲原理消聲原理：消聲原理：利用利用吸聲材料吸聲材料消聲。把吸聲材料消聲。把吸聲材料固定在氣流固定在氣流通道內(nèi)壁通道內(nèi)壁或按一定的方式在管道中或按一定的方式在管道中排列起來，因摩擦阻力和黏滯力將排列起來，因摩擦阻力和黏滯力將聲能轉(zhuǎn)化為聲能轉(zhuǎn)化為熱能熱能而散發(fā)掉，從而達到消聲的

7、目的。吸聲材而散發(fā)掉，從而達到消聲的目的。吸聲材料類似于電學中的料類似于電學中的電阻電阻，故稱，故稱阻性消聲器阻性消聲器。消聲的頻率特性消聲的頻率特性：具有良好的具有良好的中、高頻中、高頻消聲消聲性能。性能。適用范圍適用范圍：消除風機、燃氣輪機：消除風機、燃氣輪機進、排氣噪進、排氣噪聲聲（即氣體流速不大的情況）。（即氣體流速不大的情況）。2.1.2 2.1.2 阻性消聲器的結(jié)構(gòu)形式阻性消聲器的結(jié)構(gòu)形式直管式直管式片式片式折板式折板式迷宮式迷宮式蜂窩式蜂窩式聲流式聲流式盤式盤式彎頭式彎頭式（1）直管式消聲器直管式消聲器特點：結(jié)構(gòu)簡單、氣流特點：結(jié)構(gòu)簡單、氣流直通，直通，阻力損失小阻力損失小。應用

8、：適用于氣體應用：適用于氣體流量流量較小較小的情況，不適用于的情況，不適用于氣體流量較大的情況。氣體流量較大的情況。 消聲量計算消聲量計算lSLL0其中：其中：L L消聲器氣流通道斷面周長，消聲器氣流通道斷面周長，m m S S消聲器的氣流通道截面積，消聲器的氣流通道截面積，m m2 2 l消聲器的有效長度，消聲器的有效長度，m m ( ( 0 0) )消聲系數(shù)，與材料的法向吸聲系數(shù)消聲系數(shù)，與材料的法向吸聲系數(shù) 0（駐波管法）（駐波管法）有關有關 A.N.別洛夫別洛夫 理論計算公式：理論計算公式： 0)(011.50.860.750.640.550.470.390.310.240.170.1

9、10.050.6010.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.05 ( ( 0 0) )與與 0的換算關系的換算關系 H.J. 賽賓賽賓 經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式： lSLL4 . 103. 1 與與 的換算關系的換算關系 1.000.8630.7320.6070.4890.3290.3271.000.900.800.700.600.500.450.2770.2300.1850.1440.1050.0700.0400.0150.400.350.300.250.200.150.100.054 . 1)(1.4( )1.4( )無規(guī)入射平均吸聲系數(shù)（混響室法）無規(guī)

10、入射平均吸聲系數(shù)（混響室法）例例: : 選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為0.460.46）襯貼的消聲管道，管道有效長度為）襯貼的消聲管道，管道有效長度為2m2m，管道有效截面積，管道有效截面積1500cm1500cm2 2。當截面形狀。當截面形狀分別為圓形、正方形和分別為圓形、正方形和1 1：5 5矩形時，試問矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最?。啃。?lSLL4 . 103. 1 已知平均吸聲系數(shù)、管道有已知平均吸聲系數(shù)、管道有效長度效長度l l、管道截面積、管道截面積S S 求出不同形狀的截面周長求出不同

11、形狀的截面周長 求消聲量求消聲量解題思路：解題思路： lSLL4 . 103. 1根據(jù)消聲量公式mcmSD437. 071.43414. 315004直徑：mDL372. 1437. 014. 3周長：dB4 . 6215. 0372. 146. 003. 1L4 . 1圓 當管道為當管道為圓形圓形時：時：當管道為當管道為正方形正方形時：時：mL549. 115. 04周長：dBL2 . 7215. 0549. 146. 003. 14 . 1正當管道截面為當管道截面為1 1：5 5矩形矩形時：時：m866. 0515. 05b矩形長：m173. 0515. 0a矩形寬：mL078. 2)86

12、6. 0173. 0(2周長：dBL6 . 9215. 0078. 246. 003. 14 . 1矩L矩矩L正正 L圓圓即：即：管道截面面積管道截面面積S一定時，一定時， 管道截面為管道截面為矩形矩形的聲音衰減量的聲音衰減量最大最大（L/S最大）最大） 管道截面為管道截面為圓形圓形的聲音衰減量的聲音衰減量最小最?。↙/S最?。┳钚。?2.2 抗性消聲器基本類型2.2.1 2.2.1 擴張室消聲器擴張室消聲器2.2.2 2.2.2 共振式消聲器共振式消聲器2.2.3 2.2.3 干涉式消聲器干涉式消聲器2.2.1 擴張室消聲器v擴張室式消聲器：利用擴張室式消聲器：利用管道截面管道截面的擴張（或

13、收縮）的擴張（或收縮）引起某些頻率的聲波引起某些頻率的聲波反射反射，從而達到消聲目的。，從而達到消聲目的。v結(jié)構(gòu)類型：結(jié)構(gòu)類型：單節(jié)擴張室式消聲器、多節(jié)擴張室式消單節(jié)擴張室式消聲器、多節(jié)擴張室式消聲器聲器連接管連接管 連接管連接管 擴張室擴張室 單節(jié)擴張室式消聲器單節(jié)擴張室式消聲器多節(jié)擴張室式消聲器多節(jié)擴張室式消聲器一般串聯(lián)一般串聯(lián)24節(jié)節(jié)，否則氣流阻力太大，否則氣流阻力太大v單節(jié)擴張室消聲器的消聲量單節(jié)擴張室消聲器的消聲量連接管連接管 連接管連接管 擴張室擴張室 klmmTL22sin1411lg10擴張室長度擴張室長度,m,m k k波數(shù)波數(shù), , cfk22擴張比擴張比,212212DD

14、SSm消聲量與消聲量與擴張比、頻擴張比、頻率、擴張室長度率、擴張室長度有關；有關；對某一頻率噪聲進行對某一頻率噪聲進行消聲器的設計，就是確消聲器的設計，就是確定定擴張室的長度和擴張擴張室的長度和擴張室直徑（擴張比）室直徑（擴張比）klmmTL22sin1411lg10sin2kl 做周期性變化（做周期性變化（01），），消聲量也做是周期性變化：消聲量也做是周期性變化：21411lg10mmL當當sinkl=0時，時， L=0當當sinkl=1時，時， 當當 時，時， ，擴張室消聲量達到擴張室消聲量達到最小值：最小值：kln2sin0kl 0TLmin2nfclcfk22fmin稱為通過頻率kl

15、nknl 當當 時，時， ，擴張室消聲量達到擴張室消聲量達到最大值最大值：(21)2kln2sin1kl 21411lg10mmTLcfk22(21)2klnlc)n(ffc)n()n(l412412412maxP168 圖圖7-7 消聲量與擴張室消聲量與擴張室腔長腔長l 的關系（擴張比的關系（擴張比m一定時）一定時）fminfmaxfmaxfmaxfmin頻率頻率f/Hz消聲量消聲量/dB0lc)n(f412max21411lg10mmTLmin2nfclm一定時，可確定最大消聲量一定時，可確定最大消聲量l 變化，最大消聲量對應的頻變化，最大消聲量對應的頻率率fmax和最小消聲量對應的頻和最

16、小消聲量對應的頻率率fmin發(fā)生移動發(fā)生移動消聲量與擴張室消聲量與擴張室長度長度l的關系的關系擴張室最大消聲量與擴張室最大消聲量與擴張比擴張比m的關系：的關系：圖圖7-6 7-6 單節(jié)擴張室消聲器的消聲量單節(jié)擴張室消聲器的消聲量 增大擴張比增大擴張比m, 消聲量增大。消聲量增大。一般擴張比一般擴張比m521411lg10mmTL擴張室消聲器的截止頻率：（擴張室消聲器的截止頻率：（P169） 上限截止頻率上限截止頻率Dcf22. 1上v擴張室的截面積越大，消聲上限截止頻率越低，即有效消擴張室的截面積越大，消聲上限截止頻率越低，即有效消聲頻率范圍越窄。因此，擴張比不能盲目選擇太大。聲頻率范圍越窄。

17、因此，擴張比不能盲目選擇太大。v一般擴張比一般擴張比m不超過不超過20。在實際工程中一般取。在實際工程中一般取9m 16D-D-擴張室截面當量直徑，擴張室截面當量直徑， 圓管即直徑圓管即直徑 下限截止頻率下限截止頻率1122VlScf下連接管的截面積，連接管的截面積，m m2 2連接管的長度，連接管的長度，l l1 1=a+b=a+b連接管連接管a 連接管連接管b 擴張室擴張室 擴張室體積，擴張室體積，lSSV）（12【例例】：v某柴油機進氣口噪聲在某柴油機進氣口噪聲在125Hz有一明顯峰值，進氣口管徑有一明顯峰值，進氣口管徑為為150mm,管長管長3m。設計一個單節(jié)擴張室消聲器設計一個單節(jié)擴

18、張室消聲器安裝在進安裝在進氣口上，對其進行消聲處理。要求對氣口上，對其進行消聲處理。要求對125Hz噪聲具有噪聲具有15dB的消聲量。（消聲器后連接管長的消聲量。（消聲器后連接管長1m）求擴張室長度：max214cfnlm68. 0125434044maxmaxfcllcfn=0擴張室長度：m.13m67dB151411lg102或解方程求出可近似確定擴張比查圖，根據(jù)消聲量mmTL求擴張比m6lg202lg20lg202lg20)41lg(101411lg1022mmmmmmTL解方程可簡化計算：因為一般m5, 212212DDSSm由擴張比：2122122mDDmDD即：得：擴張管直徑擴張室

19、直徑：連接管連接管a 連接管連接管b 擴張室擴張室 222. 1Dcf上 驗算截止頻率：1122VlScf下連接管連接管a 連接管連接管b 擴張室擴張室 2114DSlDDlSSV)(4)(212212768Hz13Hz2.2.2 共振腔式消聲器v共振腔式消聲器：一種抗性消聲器，利用共振腔式消聲器：一種抗性消聲器，利用共振吸聲原理共振吸聲原理進進行消聲。行消聲。v結(jié)構(gòu)形式：結(jié)構(gòu)形式：在一段氣流通道的管壁上開一在一段氣流通道的管壁上開一些小孔，使其與管外閉合的空些小孔，使其與管外閉合的空腔相通，就構(gòu)成了腔相通，就構(gòu)成了共振消聲器共振消聲器 v共振消聲器實質(zhì)上是共振消聲器實質(zhì)上是共振吸聲結(jié)構(gòu)共振吸

20、聲結(jié)構(gòu)的一種應用，其基本原理基于的一種應用，其基本原理基于亥姆霍亥姆霍茲共振器茲共振器。v管壁管壁小孔中的空氣柱小孔中的空氣柱彈性形變很小，可看作一彈性形變很小，可看作一質(zhì)量塊質(zhì)量塊; 密閉密閉腔中的空氣腔中的空氣彈彈性形變大，類似一性形變大，類似一彈簧彈簧，二者組成一個共振系統(tǒng)。，二者組成一個共振系統(tǒng)。v當聲波傳至頸口時，在聲壓作用下當聲波傳至頸口時，在聲壓作用下空氣柱產(chǎn)生振動空氣柱產(chǎn)生振動，振動時的摩擦阻尼，振動時的摩擦阻尼使一部分使一部分聲能轉(zhuǎn)換為熱能聲能轉(zhuǎn)換為熱能耗散掉。同時，由于聲阻抗的突然變化，一部耗散掉。同時，由于聲阻抗的突然變化，一部分聲波發(fā)生反射。分聲波發(fā)生反射。v當當聲波頻

21、率與共振腔固有頻率相同時，便產(chǎn)生共振聲波頻率與共振腔固有頻率相同時，便產(chǎn)生共振，空氣柱振動速度達，空氣柱振動速度達到最大值，此時消耗的聲能最多，消聲量也就最大。到最大值，此時消耗的聲能最多，消聲量也就最大。v消聲基理消聲基理v消聲量的計算消聲量的計算(1) 對單一頻率對單一頻率f 的消聲量的消聲量:221lg10ffffKTLrrVGcfr2)8 . 0(48 . 020dtddtSGfr-共振頻率共振頻率: G-傳導率傳導率,單位單位m:t：小孔頸長：小孔頸長d: 小孔直徑小孔直徑S0：小孔面積，：小孔面積，So= d2/4dD1)(20tVScv工程上應用的共振消聲器很少是開一個孔的，而是

22、由多個孔組工程上應用的共振消聲器很少是開一個孔的，而是由多個孔組成。保證孔心距成。保證孔心距大于大于5 5倍倍的小孔孔徑的小孔孔徑v則總的傳導率等于各個孔的傳導率之和：即則總的傳導率等于各個孔的傳導率之和：即G=nGi(n為孔數(shù)為孔數(shù))8 . 0(48 . 0n20dtdndtSG221lg10ffffKTLrrSGVK2公式中，lDDV)(42122214DSV：空腔體積，：空腔體積，m3S：氣流通道截面積：氣流通道截面積, m2外外徑徑D2內(nèi)徑內(nèi)徑D1共振腔長度共振腔長度l(2) 某一頻帶內(nèi)的消聲量某一頻帶內(nèi)的消聲量)21lg(102KTL對倍頻程：)191lg(103/12KTL倍頻程：

23、對6 .312SGVKv共振腔式消聲器的消聲特性共振腔式消聲器的消聲特性rff rfn當當 時，系統(tǒng)發(fā)生共振，消聲時，系統(tǒng)發(fā)生共振，消聲 量最大；量最大；n 在偏離在偏離 時，消聲量迅速下降；時，消聲量迅速下降；nK值越小，曲線越尖銳消聲量值越小，曲線越尖銳消聲量越??；越??；K越大，消聲量越大，偏越大，消聲量越大，偏離共振頻率時的消聲量也有所離共振頻率時的消聲量也有所提高提高 共振腔式消聲器的設計步驟共振腔式消聲器的設計步驟( P175 )v根據(jù)要消除的主要頻率和消聲量，根據(jù)式根據(jù)要消除的主要頻率和消聲量，根據(jù)式 確定確定K值；值；v由由K值，根據(jù)公式值，根據(jù)公式v 求出共振腔體積求出共振腔體積V和傳導率和傳導率G；v根據(jù)根據(jù)V和和G,設計消聲器的幾何尺寸；設計消