消聲器分類與性能評價(jià)阻性消聲器課件

噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)Prof.ShengMeipingNorthwesternPolytechnicalUniversity西北工業(yè)大學(xué)精品課程專業(yè)核心課程振動(dòng)與噪聲控制技術(shù)本講內(nèi)容Prof.ShengMeipingNorthwesternPolytechnicalUniversity消聲器分類與性能評價(jià)阻性消聲器聲學(xué)性能評價(jià)聲學(xué)性能：包括消聲量的大小、消聲頻帶范圍的寬窄。消聲器的聲學(xué)性能可以用各頻帶內(nèi)的消聲量來表征。常用參數(shù)：傳聲損失末端降噪量插入損失聲衰減傳聲損失定義：消聲器進(jìn)口的噪聲聲功率級與消聲器出口的噪聲聲功率級的差值。消聲器的傳聲損失是消聲器本身所具有的特性，它受聲源與環(huán)境的影響較小。實(shí)際工程測試中，可先測量聲壓級，經(jīng)計(jì)算獲得聲功率級，然后計(jì)算傳聲損失。末端降噪量末端減噪量也稱末端聲壓級差，它是指消聲器輸入端與輸出端的聲壓級之差。當(dāng)嚴(yán)格地按傳聲損失測量有困難時(shí)，可采用這種簡便測量方法。利用末端聲壓級之差來表示消聲值的方法，不可避免地包含了反射聲的影響，這種測量方法易受環(huán)境的影響而產(chǎn)生較大的誤差，因此適合在試驗(yàn)臺(tái)上對消聲器性能進(jìn)行測量分析，而現(xiàn)場測量則很少使用。插入損失的測量測點(diǎn)管道聲源測點(diǎn)消聲器管口法測插入損失測點(diǎn)消聲器測點(diǎn)聲源管道插入損失和傳聲損失的比較阻性消聲器：插入損失與傳聲損失相近?？剐韵暺鳎翰迦霌p失一般低于傳聲損失。采用插入損失評價(jià)消聲效果的優(yōu)點(diǎn)：對現(xiàn)場環(huán)境要求低，適應(yīng)各種現(xiàn)場測量，如高溫、高流速或有浸蝕作用的環(huán)境中。采用插入損失評價(jià)消聲效果的缺點(diǎn)：插入損失值并不單純反映消聲器本身的消聲效果，而是聲源、消聲器及消聲器末端三者的聲學(xué)特性的綜合效果。聲衰減的測量軸向貫穿法：將探管插入消聲器內(nèi)部，沿消聲器通道軸向每隔一定的距離逐點(diǎn)測量聲壓級，從而得到消聲器內(nèi)聲壓級與距離的函數(shù)關(guān)系，以求得該消聲器的總消聲量。采用聲衰減評價(jià)消聲效果的優(yōu)點(diǎn)：能夠反映出消聲器內(nèi)的消聲特性及衰減過程，能避免環(huán)境對測量結(jié)果的干擾。采用聲衰減評價(jià)消聲效果的缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)、需要專門的測量傳聲器，因此一般在現(xiàn)場測量中很少使用。軸向貫穿法測聲衰減測點(diǎn)消聲器聲源管道無反射端傳聲器小車空氣動(dòng)力性能評價(jià)反映了消聲器對氣流阻力的大小，也就是：安裝消聲器后輸氣是否通暢，對風(fēng)量有無影響，風(fēng)壓有無變化。常用參數(shù)：阻力系數(shù)阻力損失阻力損失阻力損失，簡稱阻損，是指氣流通過消聲器時(shí)，在消聲器出口端的流體靜壓比進(jìn)口端降低的數(shù)值。消聲器的阻損大小與使用條件下的氣流速度大小有密切關(guān)系。阻損分類：摩擦阻損局部阻損摩擦阻損由于氣流與消聲器各壁面之間的摩擦而產(chǎn)生的阻力損失。摩擦阻損與相對粗糙度的關(guān)系常見入口形式及其局部阻損常見出口形式及其局部阻損阻性消聲器的消聲機(jī)理阻性消聲器是一種能量吸收性消聲器，通過在氣流通過的途徑上固定多孔性吸聲材料，利用多孔吸聲材料對聲波的摩擦和阻尼作用將聲能量轉(zhuǎn)化為熱能，達(dá)到消聲的目的。阻性消聲器適合于消除中、高頻率的噪聲，消聲頻帶范圍較寬，對低頻噪聲的消聲效果較差，因此，常使用阻性消聲器控制風(fēng)機(jī)類進(jìn)排氣噪聲等。阻性消聲器消聲原理：利用吸聲材料的吸聲作用，使沿通道傳播的噪聲不斷被吸收而逐漸衰減。結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)：把吸聲材料固定在氣流通過的管道周壁，或按一定方式在通道中排列起來，就構(gòu)成阻性消聲器。當(dāng)聲波進(jìn)入消聲器中，會(huì)引起阻性消聲器內(nèi)多孔材料中的空氣和纖維振動(dòng)，由于摩擦阻力和粘滯阻力，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而散失掉，就起到消聲的作用。單通道直管式消聲器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、氣流直通、阻力損失小、適用于流量小的管道消聲。一維理論估算消聲量假設(shè)：管道中傳播的聲波沿著管道長度方向傳播。常用公式：別洛夫公式賽賓公式一維理論估算消聲量別洛夫公式：假設(shè)吸聲材料的聲阻遠(yuǎn)大于聲抗。一維理論估算消聲量賽賓公式：假設(shè)吸聲系數(shù)頻率范圍管道截面直徑矩形管道一維理論估算消聲量我國常用的精度較高的估算公式：其中消聲系數(shù)特定情況下一維理論估算消聲量注意！利用公式計(jì)算的消聲量一般偏高。二維理論估算消聲量假設(shè)：聲波的聲壓在通道高度方向沒有變化，在寬度方向上下對稱但分布并不均勻。局限性：利用二維理論分析單通道直管阻性消聲器消聲性能時(shí)，單通道直管消聲器的通道截面不宜太大。如果太大時(shí)，高頻聲的消聲效果顯著下降。這是因?yàn)閷τ诮o定的消聲器通道來說，當(dāng)頻率高到一定數(shù)值，聲波在消聲器中傳播便不符合平面聲波的條件了。高頻失效頻率如果消聲器通道截面過大，當(dāng)聲波頻率高到一定數(shù)值時(shí)聲波將以窄束狀通過消聲器，而很少或根本不與吸聲材料飾面接觸。因此，消聲器的消聲效果明顯下降。當(dāng)聲波波長小于通道截面尺寸的一半時(shí)，消聲效果便開始下降，相應(yīng)的頻率被稱作高頻失效頻率。高頻消聲量估算高于高頻失效頻率后，消聲量急劇下降。改進(jìn)形式為了在通道截面較大的情況下也能在中高頻范圍獲得好的消聲效果，通常采取在管道中加吸聲片或設(shè)計(jì)成另外的結(jié)構(gòu)形式。如果通道管徑小于300毫米，可設(shè)計(jì)成單通道的直管式；如果通道管徑大于300毫米而小于500毫米時(shí)，可在通道中間設(shè)置幾片吸聲層或一個(gè)吸聲圓柱；如果通道尺寸大于500毫米，就要設(shè)計(jì)成彎頭式、蜂窩式、片式、折板式、聲流式和迷宮式等結(jié)構(gòu)。片式消聲器折板式消聲器蜂窩式消聲器消聲彎頭迷宮式消聲器阻性消聲器氣流對阻性消聲器聲學(xué)性能的影響：一是氣流的存在會(huì)引起聲傳播和聲衰減規(guī)律的變化；二是氣流在消聲器內(nèi)產(chǎn)生一種附加噪聲，稱為氣流再生噪聲。阻性消聲器有氣流時(shí)的消聲系數(shù)：結(jié)論：逆流有利于消聲，順流不利于消聲。順流與逆流氣流在管道中的流動(dòng)速度并不均勻，就同一截面而言，管道中央流速最高；離開中心位置越遠(yuǎn)，速度越低；到接近管壁處，流速近似為零。順流時(shí)管道中央聲速高，周壁聲速低；逆流時(shí)正好相反。根據(jù)聲折射原理，聲波要向管壁彎曲，對阻性消聲器來說，由于周壁襯貼有吸聲材料，所以順流時(shí)恰好聲能被吸收；而在逆流時(shí)，聲波要向管道中心彎曲，因此對阻性消聲器的消聲是不利的。最終結(jié)論：順流與逆流對消聲性能影響不顯著。氣流再生噪聲產(chǎn)生機(jī)理：一是氣流經(jīng)過消聲器時(shí)，由于局部阻力和摩擦阻力而形成一系列湍流，相應(yīng)地輻射噪聲；二是氣流激發(fā)消聲器構(gòu)件振動(dòng)而輻射噪聲。特點(diǎn)：氣流再生噪聲的大小主要取決于氣流速度和消聲器的結(jié)構(gòu)。一般來說，氣流速度越大，或消聲器內(nèi)部結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則產(chǎn)生的氣流噪聲也就越大。對策：盡量減低流速；盡量改善氣體的流動(dòng)狀況，使氣流平穩(wěn)，避免產(chǎn)生湍流。氣流再生噪聲的測試末端消聲器測試消聲器消聲器風(fēng)機(jī)逆向發(fā)聲揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器放風(fēng)閥信號源功率放大器濾波器微壓計(jì)分析儀氣流再生噪聲的經(jīng)驗(yàn)估算半經(jīng)驗(yàn)估算公式：倍頻程估算公式：現(xiàn)場使用消聲器的效果分析阻性消聲器的設(shè)計(jì)確定消聲器的結(jié)構(gòu)型式選用合適吸聲材料決定消聲器的長度合理選擇吸聲材料的護(hù)面結(jié)構(gòu)根據(jù)高頻失效和氣流再生噪聲驗(yàn)算消聲效果設(shè)計(jì)方案的試驗(yàn)驗(yàn)證確定結(jié)構(gòu)形式根據(jù)氣體流量和消聲器所控制的平均流速，計(jì)算所需的通流截面，然后根據(jù)截面的尺寸大小來選定消聲器的形式。如果消聲器中流速保持與原輸氣管道中的流速一樣，也可以簡單地按輸氣管道截面尺寸確定。憑一般經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，當(dāng)氣流通道截面直徑小于300毫米時(shí)，可選用單通道的直管式，當(dāng)直徑大于300毫米而小于500毫米時(shí)，可在通道中加設(shè)一片吸聲層或吸聲芯；當(dāng)直徑大于500毫米時(shí)，則應(yīng)考慮把消聲器設(shè)計(jì)成片式、蜂窩式或其它型式。片式消聲器中每個(gè)片間距離不應(yīng)大于250毫米，各片間加起來的通流截面積總和應(yīng)相當(dāng)于原管道截面的1.5~2倍。選用吸聲材料可用來做消聲器的吸聲材料種類很多，如超細(xì)玻璃棉、泡沫塑料、多孔吸聲磚、工業(yè)毛氈等。在選用吸聲材料時(shí)，除考慮吸聲性能外，還要考慮消聲器的使用環(huán)境，如對于高溫、潮濕、有腐蝕性氣體的特殊環(huán)境。吸聲材料種類確定以后，材料的厚度和密度也應(yīng)注意選定，一般吸聲材料厚度是由所要消聲的頻率范圍決定的。如果只為了消除高頻噪聲，吸聲材料可薄些；如果為了加強(qiáng)對低頻聲的消聲效果，則應(yīng)選擇厚一些的，但超過某一限度，對消聲效果的改善就不明顯了。每種材料填充密度也要適宜，如超細(xì)玻璃棉填充容重20~30公斤/米3為合適。填充容重太大，浪費(fèi)材料，同時(shí)影響效果；填充容重太小，會(huì)由于振動(dòng)而造成吸聲材料下沉，使吸聲材料不均勻而影響消聲效果。長度設(shè)計(jì)在消聲器形式、通流截面和吸聲層等都確定的情況下，增加消聲器長度能提高消聲值。消聲器長度可根據(jù)噪聲源的聲級大小和現(xiàn)場的降噪要求來決定，如在車間里某風(fēng)機(jī)氣流噪聲較其它設(shè)備噪聲高出很多時(shí)，就可把消聲器設(shè)計(jì)得長些，反之就應(yīng)短些。一般現(xiàn)場使用的空氣動(dòng)力設(shè)備，其消聲器的長度可設(shè)計(jì)為1~3米。護(hù)面結(jié)構(gòu)阻性消聲器的吸聲材料必須用牢固的護(hù)面結(jié)構(gòu)固定起來。常采用的護(hù)面結(jié)構(gòu)有玻璃布、穿孔板、窗紗、鐵絲網(wǎng)等。護(hù)面形式，主要由消聲器通道內(nèi)的流速?zèng)Q定。驗(yàn)算消聲效果由于消聲器的消聲效果與所要消聲的頻率范圍和氣流再生噪聲等因素有關(guān)，因此，按上述要點(diǎn)設(shè)計(jì)好消聲器方案之后，還必須進(jìn)行驗(yàn)算，首先驗(yàn)算高頻失效頻率，然后驗(yàn)算氣流再生噪聲的影響。如果消聲器的初步設(shè)計(jì)方案經(jīng)過驗(yàn)算不能滿足消聲要求時(shí)，就應(yīng)重新設(shè)計(jì)，直至得到滿意的設(shè)計(jì)效