空壓機(jī)進(jìn)氣口消聲器動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、空壓機(jī)進(jìn)氣口消聲器動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)空壓機(jī)進(jìn)氣口消聲器動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)1消聲器的作用和種類在空壓機(jī)以及鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備上，通常都會(huì)安裝消聲器。這是因?yàn)榭諝鈩?dòng)力設(shè)備在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲，對(duì)周圍的環(huán)境造成噪聲污染。當(dāng)前，消聲器的種類較多，總體上可以分為阻性和抗性兩類。其中，前者的工作原理是借助鑲在管內(nèi)的吸聲材料以及相應(yīng)的吸聲構(gòu)造，使噪聲在經(jīng)過管道時(shí)得到有效的衰減，實(shí)現(xiàn)消聲的目的，這種機(jī)理與電路中電阻耗能的機(jī)理相似，在控制高頻噪聲中具有較好的效果。后者不能實(shí)現(xiàn)直接的聲能吸收，擴(kuò)張室消聲器的工作原理是通過管道截面的收縮和擴(kuò)張來降噪；共振腔消聲器的工作原理是通過共振腔的聲阻抗失配使得噪聲在突變處發(fā)生反射和干預(yù)

2、現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)降噪，這種消聲器在中低頻噪聲的消除中經(jīng)常被使用。目前，為了擴(kuò)大噪聲消除的頻率范圍，很多場合開場使用阻抗復(fù)合式消聲器。2阻性消聲器局部的設(shè)計(jì)在阻性消聲器中，首先需要選擇吸聲材料。阻性消聲器的吸聲壁面為消聲器管道的內(nèi)壁，聲波在其中傳播時(shí)，管道內(nèi)壁會(huì)不斷吸收聲能，聲壓以及聲強(qiáng)都會(huì)隨著間隔 的延長而得到衰減，消聲量由式1得到：在阻性局部的設(shè)計(jì)中，最主要的任務(wù)是本文由論文聯(lián)盟.LL.搜集整理進(jìn)展吸聲材料的選擇，吸聲材料可以將入射其上的聲能吸收。目前，多孔性材料是吸聲材料的首眩當(dāng)聲波進(jìn)入到多孔性材料的孔隙后，在其孔隙中，細(xì)小的纖維組織會(huì)發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，由此會(huì)造成能量的消耗，如此一來，聲能會(huì)轉(zhuǎn)變

3、成熱能被消耗掉。理論說明，在對(duì)高頻聲波噪聲的吸收中，多孔性材料具有很好的效果，但其在對(duì)低頻聲波噪聲的吸收中效果較差。這主要是因?yàn)槠淇紫兜某叽缗c高頻聲波的波長相近。另外，多孔性材料的吸聲性能還與孔隙率與密度、流阻、材料厚度、構(gòu)造因子、護(hù)面層等有關(guān)。對(duì)于阻性消聲器消聲量的計(jì)算，根據(jù)式1，可以計(jì)算出各個(gè)頻率下的消聲量，見表1。其中，a0可以通過查表得來，a0通過查表所得參數(shù)，再經(jīng)過計(jì)算得到。3進(jìn)氣口消聲器的優(yōu)化設(shè)計(jì)在確定消聲器詳細(xì)構(gòu)造以及尺寸的過程中，一種優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法需要考慮以下三個(gè)方面的要求：1消聲性能。在消聲降噪中，消聲器所涉獵的聲波頻率范圍應(yīng)該足夠大，在其消聲范圍內(nèi)，消聲效果應(yīng)該足夠高；2氣

4、體動(dòng)力性能。在評(píng)價(jià)消聲器的性能中，氣體動(dòng)力性能是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。對(duì)于阻性和抗性消聲器來說，其裝設(shè)到設(shè)備上之后，對(duì)氣流的阻力應(yīng)該盡可能小；3機(jī)械性能。要求使用的消聲器具有一定的強(qiáng)度和較長的使用壽命。另外，在構(gòu)造上應(yīng)該緊湊，具有較輕的重量，便于加工和安裝，在本錢上也應(yīng)該盡量低。在這三個(gè)方面中，首先應(yīng)該滿足前兩個(gè)方面，在此根底上再考慮第三個(gè)方面。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)手段是借助于計(jì)算機(jī)以及計(jì)算機(jī)程序。通過最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，條件的滿足來滿足設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)要求。在本文中，詳細(xì)來講，就是在滿足降噪量以及阻力損失要求的根底上，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)消聲器的小尺寸、輕質(zhì)量。在尋找最優(yōu)值的過程中，有兩項(xiàng)根本工作：1將

5、設(shè)計(jì)問題的物理模型合理轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型。在建立數(shù)學(xué)模型的過程中，需要選擇合理的設(shè)計(jì)變量，確定出目的函數(shù)，并給出科學(xué)的約束條件；2采用有效的優(yōu)化方案，對(duì)數(shù)學(xué)模型求解，也即是在給定的條件下，求出目的函數(shù)的極值。下面研究詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。目的函數(shù)的選擇：通常情況下，質(zhì)量是優(yōu)化設(shè)計(jì)中的目的函數(shù)，它不僅可以節(jié)約材料，還可以降低本錢。在本文中研究的消聲器屬于薄壁殼體，因此，將消聲器的體積作為目的函數(shù)，即：約束函數(shù)的建立：消聲器所要消除的噪聲量見表2。從表2可以看出，在500Hz處，會(huì)出現(xiàn)噪聲的峰值，在消聲器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該將理想的消聲量設(shè)計(jì)在500Hz處需要的消聲量之上：從式5中可以看出，消聲器的消聲量大小有擴(kuò)

6、張比的影響很大，擴(kuò)張比越大，消聲量就越大，本文中設(shè)計(jì)的消聲器中敷設(shè)有吸聲材料，其消聲量的大小由式6計(jì)算得來：為了保證消聲器具有理想的消聲效果，在設(shè)計(jì)中一般都會(huì)將消聲量增加。根據(jù)理論的分析，本文中設(shè)計(jì)的消聲器的消聲量在20分貝左右，根據(jù)理論經(jīng)歷，本文最終確定將最大消聲量設(shè)計(jì)在22分貝，通過表2可知在500Hz處，a0為0.64，那么有：由此得到約束函數(shù)的第一個(gè)約束條件：上下限頻率確實(shí)定：在阻性消聲器和擴(kuò)張室消聲器中都存在高頻失效的現(xiàn)象，當(dāng)擴(kuò)張比過大時(shí)，擴(kuò)張段的面積也會(huì)很大，聲波通過進(jìn)口管進(jìn)入到擴(kuò)張室時(shí)，會(huì)集中從擴(kuò)張室的中部穿過，造成擴(kuò)張室無法發(fā)揮正常功能，導(dǎo)致消聲效果的降低。對(duì)于擴(kuò)張室消聲器來說

7、，有效的消聲上下限頻率計(jì)算公式如下：其中，表示聲速，D表示通道截面直徑。由此得到第二個(gè)約束條件：同理，可以得到第三個(gè)下限頻率約束條件為：最后是優(yōu)化方案的選擇。對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)問題來說，通常有有約束優(yōu)化和無約束優(yōu)化兩種。在本文的消聲器尺寸優(yōu)化中采用的是有約束優(yōu)化。一般的，有約束優(yōu)化問題表達(dá)式為：約束條件表示為：采用約束最優(yōu)化方法對(duì)這類問題進(jìn)展求解。在詳細(xì)求解過程中，又存在直接求解法和間接求解法兩種。其中，后面一種方法又有等式約束和不等式約束之分。在本文的求解過程中，采用的優(yōu)化方法是內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法。它屬于不等式約束優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的間接解法。內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法需要定義可行域。對(duì)于滿足的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題來說，懲罰函數(shù)的形式可以表示為：其中，rk表示懲罰因子，該懲罰因子滿足如下的計(jì)算結(jié)果分析：根據(jù)內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法的