《物理性污染控制工程》課件第二章噪聲污染與控制-第六節(jié)

1、第六節(jié) 噪聲控制技術(shù)消聲一、消聲器二、消聲器的消聲性能三、消聲器的消聲機(jī)理一種讓氣流通過又能有效的降低噪聲的噪聲控制設(shè)備或裝置。消聲器是消減氣流噪聲的裝置，把它接在管道中或進(jìn)、排氣口上，能讓氣流通過，對噪聲具有一定的消減作用。一、消聲器二、消聲器性能評價1、消聲器綜合性能評價（1）消聲性能（2）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能（3）空氣動力性能2、消聲器的聲學(xué)性能評價（1）傳聲損失（2）插入損失（1）消聲性能 消聲器的消聲量是評價其聲學(xué)性能好壞的重要指標(biāo)，但測量方法不同，所得消聲量也不同。 靜態(tài)頻譜消聲量：當(dāng)消聲器內(nèi)僅有聲音（沒有氣流）通過時，所測量消聲量。 動態(tài)頻譜消聲量：當(dāng)消聲器內(nèi)有聲音和氣流同時通過消聲器時

2、，測得的消聲量。1、消聲器綜合性能評價（2）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能消聲器的材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)堅固耐用、耐高溫、耐腐熟、耐潮濕、耐粉塵等特性。（3）空氣動力性能在氣流通道上安裝消聲器，必然會影響空氣動力設(shè)備的空氣動力性能。如果只考慮消聲器的消聲性能而忽略空氣的動力性能，則在某種情況下，消聲器可能會使設(shè)備的效能大大降低，甚至無法正常使用。消聲器的空氣動力性能通常用阻力（壓力）損失表示，包括了管壁的摩擦損失和結(jié)構(gòu)上的局部阻力損失兩部分組成。1、消聲器綜合性能評價為局部阻力系數(shù)為管道摩擦阻力系數(shù)（1）傳聲損失TL又稱透射損失，為消聲器進(jìn)口端入射聲功率級與出口端的聲功率級之差，通常稱為消聲器的消聲量。2、消聲器聲學(xué)性能

3、評價Si、St分別為消聲器入射端和透射端通道截面積（2）插入損失IL指系統(tǒng)中安裝消聲器前后在系統(tǒng)外某點(diǎn)測得的聲功率級之差。在通常情況下，管口大小形狀和聲場分布基本保持不變，這時插入損失等于在給定測點(diǎn)處裝置消聲器以前與以后的聲壓級之差。簡而言，插入損失就是指系統(tǒng)中插入消聲器前后在系統(tǒng)外某定點(diǎn)測得的聲壓級差。2、消聲器聲學(xué)性能評價三、消聲器分類及消聲機(jī)理 消聲器的種類很多，但究其消聲機(jī)理，可以把它們分為六種主要類型，即： 阻性消聲器 抗性消聲器 阻抗復(fù)合式消聲器 微穿孔板消聲器 小孔消聲器 有源消聲器該消聲器是一種利用多孔吸聲材料來降低噪聲的消聲器。利用聲波在多孔吸聲材料中傳播時，因摩擦將聲能轉(zhuǎn)化

4、為熱能而消聲。把吸聲材料固定在氣流通道內(nèi)壁或中部并按一定的方式在管道中排列起來，就構(gòu)成了阻性消聲器，與電學(xué)類比，吸聲材料就相當(dāng)于電阻，故稱阻性消聲器。（一）阻性消聲器（1）別洛夫公式：1、消聲量計算（一）阻性消聲器(0)為與材料垂直入射吸聲系數(shù)有關(guān)的消聲系數(shù)，它表示傳播距離等于管道半寬度時的衰減量，主要取決于壁面的聲學(xué)特性；L為消聲器的通道橫斷面周長(m)；S為消聲器的通道有效橫截面積(m2)；l為消聲器的有效部分長度(m)。當(dāng)材料00.6時， (0)與0的關(guān)系式為：1、消聲量計算（一）阻性消聲器表 (0)與0的換算關(guān)系（2）賽賓公式：1、消聲量計算（一）阻性消聲器式中： a吸聲材料無規(guī)則入射

5、時的平均吸聲系數(shù)，為便于計算，下表列出了a與a1.4的關(guān)系：(a)0.050.100.200.250.300.350.40(a)1.40.0150.0400.1050.1440.1850.2300.277(a)0.450.500.600.700.800.901.00(a)1.40.3270.3290.4890.6070.7320.8631.00例：選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為0.5）襯貼的消聲管道，管道有效長度為1.2m，管道有效截面積1000cm2。當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和1:5矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最小？解：則管道斷面有效周長L為：1）當(dāng)管道為圓形時，因

6、為管道的有效直徑為：賽賓公式：例：選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為0.5）襯貼的消聲管道，管道有效長度為1.2m，管道有效截面積1000cm2。當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和1:5矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最??？解：2）當(dāng)管道為正方形時，因?yàn)楣艿赖挠行е荛L為：賽賓公式：例：選用同一種吸聲材料（平均吸聲系數(shù)為0.5）襯貼的消聲管道，管道有效長度為1.2m，管道有效截面積1000cm2。當(dāng)截面形狀分別為圓形、正方形和1:5矩形時，試問哪種截面形狀的聲音衰減量最大？哪種最??？解：2）當(dāng)管道為1:5矩形時，因?yàn)楣艿赖拈L寬為：賽賓公式：則管道斷面周長為：聲波的方向性隨聲波頻率的升高

7、而加強(qiáng)，集束性也越強(qiáng)，使聲波與吸聲材料的接觸機(jī)會大為降低，從而導(dǎo)致消聲量明顯下降。消聲量明顯下降的頻率稱為上限失效頻率f上。2、高頻失效（一）阻性消聲器式中： c為聲速，m/s；D為消聲器通道的當(dāng)量直徑，m。圓形：D=管徑；矩形：D=1.13(D1D2)0.5 ;其他：D=S0.5控制高頻失效的方法改善高頻時消聲器消聲性能的原則：增加高頻聲波與吸聲面的接觸機(jī)會和接觸面積，但不能使消聲器的空氣動力學(xué)性能變化：（1）對于單通道直管式消聲器，一般控制管徑 300；（2）通道尺寸在300 500時，中間設(shè)一片吸聲層或一個吸聲芯柱。（3）通道尺寸500時，采用片式/百葉式消聲器、蜂窩式消聲器、折板式消聲

8、器、聲流式消聲器、迷宮式消聲器、盤式消聲器等。2、高頻失效（一）阻性消聲器氣流方向、氣流速度以及安裝位置的影響氣流方向與聲波傳播方向相同或相反影響聲波傳播規(guī)律；進(jìn)氣、排氣管道處阻性消聲器的消聲性能不同；氣體流速過大導(dǎo)致傳聲損失加大。氣流再生噪聲氣體在流動過程中由于形成渦流、湍流和氣流沖擊而產(chǎn)生的二次噪聲。3、氣流對阻性消聲器性能的影響（一）阻性消聲器消聲器設(shè)計時，應(yīng)注意限制通道中的氣體流速，并以此來設(shè)計或選擇消聲通道截面積。4、阻性消聲器分類（一）阻性消聲器直管式消聲器片式/百葉式消聲器折板式消聲器迷宮式消聲器蜂窩式消聲器聲流式消聲器盤式消聲其彎頭消聲彎頭 管式消聲器管式消聲器是將吸聲材料固定

9、在管道內(nèi)壁上形成的，有直管式和彎管式，其通道可以圓形的，也可以是矩形的。管式消聲器，加工簡易，空氣動力性能好，適用于氣體流量較小的情況。片式消聲器 對于流量較大需要足夠大通風(fēng)面積的通道時，為是消聲器周長與截面比增加，可在直管內(nèi)插入板狀吸聲片把大通道分隔成幾個小通道。當(dāng)片式消聲器每個通道的構(gòu)造尺寸相同時，只要計算單個通道的消聲量，即為該消聲器的消聲量。折板式消聲器 由片式消聲器演變而來，把消聲片做成彎折狀，消聲效果提高的機(jī)理為增加噪聲與吸聲材料的接觸機(jī)會，特別是對中高頻聲波，能增加傳播途徑中的反射次數(shù)，從而使中高頻的消聲特性有明顯的改善。由于折片后阻損較大，為了不過大的增加阻力損失，曲折度以不透

10、光為佳。風(fēng)速過高管道不宜使用該種消聲器。迷宮式消聲器 若干個單室串聯(lián)起來而成，消聲原理類似于單室，其特點(diǎn)是消聲頻帶寬，消聲量高，但阻損較大，適用于低風(fēng)速條件。蜂窩式消聲器 由若干個小型直管消聲器并聯(lián)而成的，形似蜂窩，故得其名。因管道的周長和面積之比值比直管和片式大，故消聲量較高，且由于小管的尺寸很小，使消聲失效頻率大大提高，從而改善了高頻消聲特性。但由于構(gòu)造復(fù)雜，且阻損也較大，通常使用于流速低、風(fēng)量較大的情況。聲流式消聲器 折板式消聲器改進(jìn)所得，通過把吸聲材料做成流線、菱形，正弦波形，使聲波反射次數(shù)增加改善吸聲性能，而且使氣流能較為通暢的通過，具有消聲量較高、消聲頻帶較寬和氣流阻力小的優(yōu)點(diǎn)，但

11、是該消聲器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作造價較高。消聲彎頭 當(dāng)彎管內(nèi)氣流需要改變方向時，必須使用消聲彎頭，在彎道的壁面上襯貼24倍截面線度尺寸的吸聲材料時，就成為一個有明顯消聲效果的消聲彎頭。彎頭的消聲量大致與彎折角度成正比，如30的彎頭，其聲衰減量大約時90的1/3，而90的彎頭又是180的1/2，連續(xù)兩個90彎頭（成180的折回管道），其聲衰減量約為單個直角彎頭的1.5倍。4、阻性消聲器的設(shè)計（一）阻性消聲器（1）確定消聲量 應(yīng)根據(jù)有關(guān)的環(huán)境保護(hù)和勞動保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)考慮設(shè)備的具體條件，合理確定實(shí)際所需的消聲量。對于各頻帶所需的消聲量，可參考相應(yīng)的噪聲評價曲線NR來確定。（2）選定消聲器的結(jié)構(gòu)形式 首先要根

12、據(jù)氣流流量和消聲器所控制的流速（平均流速）計算所需的通流截面，并由此來選定消聲器的形式。一般認(rèn)為，當(dāng)氣流通道截面的當(dāng)量直徑小于300mm，可選用單通道直管式；當(dāng)直徑為300500mm時可在通道中加設(shè)一片吸聲片或吸聲芯。當(dāng)通道直徑大于500mm時，則應(yīng)考慮把消聲器設(shè)計成片式、蜂窩式或其他形式。4、阻性消聲器的設(shè)計（一）阻性消聲器（3）正確選用吸聲材料 這是決定阻性消聲器性能的重要因素。除首先要考慮材料的聲學(xué)性能外，同時還要考慮消聲器的實(shí)際使用條件，在高溫、潮濕、有腐蝕性氣體等特殊環(huán)境中，應(yīng)考慮吸聲材料的耐熱、防潮、抗腐蝕性能。（4）確定消聲器的長度 應(yīng)根據(jù)聲源的強(qiáng)度和降噪現(xiàn)場要求來決定。增加長度

13、可以提高吸聲量，但還應(yīng)注意現(xiàn)場有限空間所允許的安裝尺寸。消聲器的長度一般為13m。4、阻性消聲器的設(shè)計（一）阻性消聲器（5） 選擇吸聲材料的護(hù)面結(jié)構(gòu) 阻性消聲器中的吸聲材料是在氣流中工作的，必須用護(hù)面結(jié)構(gòu)固定起來。常用的護(hù)面結(jié)構(gòu)有玻璃布、穿孔板或鐵絲網(wǎng)等。如果選取護(hù)面不合理、吸聲材料會被氣流吹跑或使護(hù)面結(jié)構(gòu)激起振動，導(dǎo)致消聲性能下降。護(hù)面結(jié)構(gòu)形式主要由消聲器通道內(nèi)的流速決定。（6）驗(yàn)算消聲效果 根據(jù)“高頻失效”和氣流再生噪聲的影響驗(yàn)算消聲效果。若設(shè)備對消聲器的壓力損失有一定要求，應(yīng)計算壓力損失是否在允許的范圍之內(nèi)。例：某風(fēng)機(jī)的風(fēng)量2100m3/h，輸送含有一定濕度的氣體，進(jìn)氣口直徑為200mm

14、。風(fēng)機(jī)開動時測得其噪聲頻譜如表所示，試設(shè)計一阻性消聲器消除進(jìn)氣流聲，使之滿足NR85標(biāo)準(zhǔn)的要求。 解： 管道采用圓形管道，因此確定L/S=4/D=20m-1，S=0.0314m2，v=Q/S=18.5m/s。 根據(jù)消聲量大小及使用條件（輸送氣體有一定濕度），選擇吸聲材料為防水玻棉，厚度10cm，密度20kg/m3。D25%消聲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)徑200，外徑400，工作段長度區(qū)1.6m。該消聲器是一種利用阻抗失配來降低噪聲的消聲器?？剐韵暺髟诮Y(jié)構(gòu)上依靠管道截面的突變或旁接共振腔等來改變聲波傳播的阻抗，從而產(chǎn)生聲能的反射、干涉及共振吸聲來降低消聲器向外輻射的聲能。抗性消聲器適用于消除中低頻噪聲或窄

15、帶噪聲。常用的抗性消聲器主要有擴(kuò)張室式和共振腔式兩大類。（二）抗性消聲器1、擴(kuò)張式消聲器 擴(kuò)張式消聲器也稱為膨脹室消聲器，它是由管和室組成的。它是利用管道截面的突然擴(kuò)張 ( 或收縮 ) 造成通道內(nèi)聲阻抗突變，使沿管道傳播的某些頻率的聲波通不過消聲器而反射回聲源去。由于聲波通不過消聲器，也就傳不出來，從而達(dá)到消聲的目的。 單節(jié)擴(kuò)張管式消聲器的消聲量傳聲損失 截面突變引起的消聲量大小，主要由擴(kuò)張比決定。 1、擴(kuò)張式消聲器 消聲頻率特性截面突變引起的消聲量大小，主要由擴(kuò)張比決定。 1、擴(kuò)張式消聲器 傳聲損失具有周期性，傳聲損失存在最大值和最小值1、擴(kuò)張式消聲器 峰值頻率fM 傳聲損失達(dá)到最大值時對應(yīng)

16、的聲波頻率； 峰值消聲量：通過頻率f0 傳聲損失為0時對應(yīng)的聲波頻率。1、擴(kuò)張式消聲器 消聲頻帶寬度： 峰值頻率fM與通過頻率f0之間的差值 1、擴(kuò)張式消聲器 改善擴(kuò)張室消聲器消聲頻率特性的方法（1）多節(jié)擴(kuò)張室串聯(lián)法（外聯(lián)法）：錯開通過頻率f0，使各節(jié)消聲量在通過頻率上進(jìn)行互補(bǔ)作用。（2）內(nèi)聯(lián)接管法（內(nèi)插法）：一端插入深度為L/2，另一端插入深度L/4，其效果是在通過頻率f0處由于內(nèi)插管的作用而使其消聲量得到補(bǔ)償。（3）聯(lián)合法：外聯(lián)內(nèi)插相結(jié)合。1、擴(kuò)張式消聲器 上限截止頻率 當(dāng)擴(kuò)張室直徑D大到一定程度后，高頻聲波以窄束形式從擴(kuò)張室中央同穿過，阻抗失配程度大大減小，使TL急劇下降，此時的聲波頻率

17、成為擴(kuò)張室有效消聲的上限截止頻率f上。下限截止頻率 對于低頻聲波，當(dāng)波長遠(yuǎn)大于擴(kuò)張室或連接管的長度時，消聲器的“連接管-擴(kuò)張室”時，聲音被放大，擴(kuò)張室有效消聲大幅下降。1、擴(kuò)張式消聲器 氣流對消聲量的影響 氣流（v）對消聲器消聲量的影響，主要體現(xiàn)在降低了消聲器的有效擴(kuò)張比（m），從而降低了消聲量。 動態(tài)消聲量的計算式： 動態(tài)等效擴(kuò)張比me：1、擴(kuò)張式消聲器 擴(kuò)張式消聲器的設(shè)計步驟： （1）根據(jù)消聲頻率特性，確定最大消聲頻率； （2）根據(jù)消聲量確定擴(kuò)張比m； （3）由擴(kuò)張比m，設(shè)計擴(kuò)張室各部分截面尺寸；有最大消聲頻率fM，設(shè)計各節(jié)擴(kuò)張室及其插入管的長度。 （4）驗(yàn)算所設(shè)計的擴(kuò)張式消聲器上下截止頻

18、率之間是否包含所需要的消聲頻率范圍，否則重新設(shè)計； （5）驗(yàn)算氣流對消聲量的影響，檢查在給定的氣流速度下，消聲量是否還能滿足要求，否則重新設(shè)計；例：一空壓機(jī)進(jìn)氣管直徑D1=150mm，氣體流速v=5m/s，近期噪聲在125Hz有一個明顯峰值。要求設(shè)計一個進(jìn)氣擴(kuò)張式消聲器，接管長度總計2m，在125Hz上有14dB的消聲量。解： （1）為保證消聲效果，設(shè)計消聲量略大于設(shè)計要求的14dB，取15dB；即TLM=15dB，根據(jù)TLM20lgm-6，確定m12。 進(jìn)氣管截面積S1=0.0177m2； 擴(kuò)張室截面積S2=mS1=0.212m2; 擴(kuò)張室直徑D2=0.52m例：一空壓機(jī)進(jìn)氣管直徑D1=15

19、0mm，氣體流速v=5m/s，進(jìn)氣噪聲在125Hz有一個明顯峰值。要求設(shè)計一個進(jìn)氣擴(kuò)張式消聲器，接管長度總計2m，在125Hz上有14dB的消聲量。解： （2）計算擴(kuò)張室長度L fM=125Hz，根據(jù)fM=(2N-1)c/4L，計算得到擴(kuò)張室長度L=c/4fM=0.68m。 內(nèi)插管長度分別為 L3=L/2=340mm； L4=L/4=170mm； 選擇穿孔管連接（P30%)的長度L5=L/4=170mm。 例：一空壓機(jī)進(jìn)氣管直徑D1=150mm，氣體流速v=5m/s，進(jìn)氣噪聲在125Hz有一個明顯峰值。要求設(shè)計一個進(jìn)氣擴(kuò)張式消聲器，接管長度總計2m，在125Hz上有14dB的消聲量。解： （3

20、）驗(yàn)算f上與f下 f上=1.22c/D=1.22340/0.52=798Hz 擴(kuò)張室體積V=（S2-S1）L=0.132m3 連接管長度L1=2-0.132=1.868m Lk=L1+0.8d=1.868+0.8 0.15=1.99m 消聲頻率fM為125Hz，消聲頻率在有效范圍之內(nèi)，符合設(shè)計要求。例：一空壓機(jī)進(jìn)氣管直徑D1=150mm，氣體流速v=5m/s，進(jìn)氣噪聲在125Hz有一個明顯峰值。要求設(shè)計一個進(jìn)氣擴(kuò)張式消聲器，接管長度總計2m，在125Hz上有14dB的消聲量。解： （4）驗(yàn)算有氣流時的消聲量（動態(tài)消聲量） 符合要求結(jié)論：設(shè)計方案可行2、共振式消聲器 共振式消聲器的工作原理利用共

21、振吸聲的原理進(jìn)行吸聲。聲傳導(dǎo)率G：對于多孔多腔共振式消聲器，總聲傳導(dǎo)率GT（B5d0): 2、共振式消聲器 共振式消聲器的傳聲損失某一頻帶內(nèi)的消聲量 2、共振式消聲器 高頻失效頻率 當(dāng)聲波頻率高于某一頻率之后，聲波也以集束狀從消聲器中部通過，從而使消聲效果下降。其上限截止頻率為：2、共振式消聲器 改善共振式消聲器消聲性能的方法（1）在孔徑出襯貼薄而透聲的織物或在腔內(nèi)填充吸聲材料，增大聲阻抗，使有效消聲帶寬增大；（2）選用較大的K值：K值越大，TL越大，頻帶越寬；（3）串聯(lián)多節(jié)共振腔，使各節(jié)的共振頻率相互錯開，提高消聲帶寬。2、共振式消聲器 共振式消聲器的設(shè)計（1）根據(jù)噪聲的頻譜分析確定主要頻率和消聲量，并確定相應(yīng)的K值；（2）確定K值后由通道截面積S和消聲主頻fr，求出共振腔的體積V和聲傳導(dǎo)率G；（3）設(shè)計消聲器的幾何尺寸，可根據(jù)現(xiàn)場條件和所用板材，確定板厚、孔徑和腔深等參數(shù)，再設(shè)計其他相關(guān)參數(shù)。（4）多腔多孔共振式消聲器的設(shè)計參數(shù)范圍與前置條件2、共振式消聲器 共振式消聲器的設(shè)計（4）多腔多孔共振式消聲器的設(shè)計參數(shù)范圍與前置條件：共振頻率時的波長