第7章-消聲技術(shù)-1-1130-阻性消聲器

1、第第7 7章章 消聲技術(shù)消聲技術(shù)1. 消聲器性能評(píng)價(jià)消聲器性能評(píng)價(jià)2. 消聲器的種類和設(shè)計(jì)消聲器的種類和設(shè)計(jì)1.消聲器性能評(píng)價(jià)消聲器性能評(píng)價(jià)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(jìn)氣口、排氣口進(jìn)氣口、排氣口對(duì)消聲器的基本要求：對(duì)消聲器的基本要求：聲學(xué)性能：消聲量大聲學(xué)性能：消聲量大空氣動(dòng)力性能：阻力小（壓力損失?。┛諝鈩?dòng)力性能：阻力?。▔毫p失?。C(jī)械結(jié)構(gòu)性能機(jī)械結(jié)構(gòu)性能外形和裝飾外形和裝飾價(jià)格和費(fèi)用價(jià)格和費(fèi)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(xué)性能評(píng)價(jià)（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(jìn)口端進(jìn)口端聲功率級(jí)與聲功率級(jí)與出口端出口端聲功率級(jí)之差。聲功率級(jí)之差。2121lg10wwLLwwTL傳聲損失反映消聲器自身的特性，與聲源、末端負(fù)載等因傳聲損失反映消聲器自身的特性，與聲源、末端負(fù)載等因素?zé)o關(guān)；素?zé)o關(guān)；適用于理論計(jì)算和在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)消聲器自身的消聲特性。適用于理論計(jì)算和在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)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(diǎn)間的聲壓級(jí)的差值稱為衰減量消聲器內(nèi)部兩點(diǎn)間的聲壓級(jí)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(diǎn)測(cè)得的聲壓級(jí)之差，即在系統(tǒng)外某點(diǎn)測(cè)得的聲壓級(jí)之差，即LILLp1Lp2 適于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中用來評(píng)價(jià)安裝消聲器前后的綜合效果。適于在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中用來評(píng)價(jià)安裝消聲器前后的綜合效果。1.2 1.2 消聲器的空氣動(dòng)力性能消聲器的空氣

4、動(dòng)力性能阻力損失阻力損失：氣流通過消聲器時(shí)，出口端流：氣流通過消聲器時(shí)，出口端流體全壓比進(jìn)口端降低的數(shù)值。體全壓比進(jìn)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(shè)計(jì)消聲器的種類和設(shè)計(jì)阻性消聲器抗性消聲器阻抗復(fù)合式消聲器 擴(kuò)散消聲器 擴(kuò)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(kuò)散消聲器節(jié)流減壓消聲器按消聲機(jī)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(fēng)空調(diào)系統(tǒng)管通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)管道，機(jī)房道，機(jī)房進(jìn)排風(fēng)進(jìn)排風(fēng)口，口，空氣動(dòng)力設(shè)空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì) 進(jìn)、排風(fēng)口進(jìn)、排風(fēng)口抗性消聲器抗性消聲器擴(kuò)張式擴(kuò)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(jī)、柴油機(jī)空壓機(jī)、柴油機(jī)、汽車或摩托車、汽車或摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等以低中等以低中頻噪聲為主的設(shè)頻噪聲為主的設(shè)備排氣噪聲備排氣噪聲阻抗復(fù)合式消阻抗復(fù)合式消聲器聲器阻性及共振復(fù)合式、阻性及共振復(fù)合式、阻性及擴(kuò)張復(fù)合式阻性及擴(kuò)張復(fù)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(kuò)散擴(kuò)散消聲器消聲器小孔噴柱式、小孔噴柱式、多孔擴(kuò)散式、多孔擴(kuò)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(shè)計(jì)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(dá)到消聲的

7、目的。吸聲材而散發(fā)掉，從而達(dá)到消聲的目的。吸聲材料類似于電學(xué)中的料類似于電學(xué)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(fēng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)：消除風(fēng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)、排氣噪進(jìn)、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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、氣流特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、氣流直通，直通，阻力損失小阻力損失小。應(yīng)用

8、：適用于氣體應(yīng)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(jì)算消聲量計(jì)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(guān)有關(guān) A.N.別洛夫別洛夫 理論計(jì)算公式：理論計(jì)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(guān)系的換算關(guān)系 H.J. 賽賓賽賓 經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式： lSLL4 . 103. 1 與與 的換算關(guān)系的換算關(guān)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(dāng)截面形狀。當(dāng)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(shí)，試問矩形時(shí)，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??？?。?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(dāng)管道為當(dāng)管道為圓形圓形時(shí)：時(shí)：當(dāng)管道為當(dāng)管道為正方形正方形時(shí)：時(shí)：mL549. 115. 04周長：dBL2 . 7215. 0549. 146. 003. 14 . 1正當(dāng)管道截面為當(dāng)管道截面為1 1：5 5矩形矩形時(shí)：時(shí)：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(shí)，一定時(shí)， 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最小）最?。?2.2 抗性消聲器基本類型2.2.1 2.2.1 擴(kuò)張室消聲器擴(kuò)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(kuò)張室消聲器v擴(kuò)張室式消聲器：利用擴(kuò)張室式消聲器：利用管道截面管道截面的擴(kuò)張（或

13、收縮）的擴(kuò)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(dá)到消聲目的。，從而達(dá)到消聲目的。v結(jié)構(gòu)類型：結(jié)構(gòu)類型：單節(jié)擴(kuò)張室式消聲器、多節(jié)擴(kuò)張室式消單節(jié)擴(kuò)張室式消聲器、多節(jié)擴(kuò)張室式消聲器聲器連接管連接管 連接管連接管 擴(kuò)張室擴(kuò)張室 單節(jié)擴(kuò)張室式消聲器單節(jié)擴(kuò)張室式消聲器多節(jié)擴(kuò)張室式消聲器多節(jié)擴(kuò)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(kuò)張室消聲器的消聲量單節(jié)擴(kuò)張室消聲器的消聲量連接管連接管 連接管連接管 擴(kuò)張室擴(kuò)張室 klmmTL22sin1411lg10擴(kuò)張室長度擴(kuò)張室長度,m,m k k波數(shù)波數(shù), , cfk22擴(kuò)張比擴(kuò)張比,212212DD

14、SSm消聲量與消聲量與擴(kuò)張比、頻擴(kuò)張比、頻率、擴(kuò)張室長度率、擴(kuò)張室長度有關(guān)；有關(guān)；對(duì)某一頻率噪聲進(jìn)行對(duì)某一頻率噪聲進(jìn)行消聲器的設(shè)計(jì)，就是確消聲器的設(shè)計(jì)，就是確定定擴(kuò)張室的長度和擴(kuò)張擴(kuò)張室的長度和擴(kuò)張室直徑（擴(kuò)張比）室直徑（擴(kuò)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(dāng)當(dāng)sinkl=0時(shí)，時(shí)， L=0當(dāng)當(dāng)sinkl=1時(shí)，時(shí)， 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，擴(kuò)張室消聲量達(dá)到擴(kuò)張室消聲量達(dá)到最小值：最小值：kln2sin0kl 0TLmin2nfclcfk22fmin稱為通過頻率kl

15、nknl 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， ，擴(kuò)張室消聲量達(dá)到擴(kuò)張室消聲量達(dá)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(kuò)張室消聲量與擴(kuò)張室腔長腔長l 的關(guān)系（擴(kuò)張比的關(guān)系（擴(kuò)張比m一定時(shí)）一定時(shí)）fminfmaxfmaxfmaxfmin頻率頻率f/Hz消聲量消聲量/dB0lc)n(f412max21411lg10mmTLmin2nfclm一定時(shí)，可確定最大消聲量一定時(shí)，可確定最大消聲量l 變化，最大消聲量對(duì)應(yīng)的頻變化，最大消聲量對(duì)應(yīng)的頻率率fmax和最小消聲量對(duì)應(yīng)的頻和最

16、小消聲量對(duì)應(yīng)的頻率率fmin發(fā)生移動(dòng)發(fā)生移動(dòng)消聲量與擴(kuò)張室消聲量與擴(kuò)張室長度長度l的關(guān)系的關(guān)系擴(kuò)張室最大消聲量與擴(kuò)張室最大消聲量與擴(kuò)張比擴(kuò)張比m的關(guān)系：的關(guān)系：圖圖7-6 7-6 單節(jié)擴(kuò)張室消聲器的消聲量單節(jié)擴(kuò)張室消聲器的消聲量 增大擴(kuò)張比增大擴(kuò)張比m, 消聲量增大。消聲量增大。一般擴(kuò)張比一般擴(kuò)張比m521411lg10mmTL擴(kuò)張室消聲器的截止頻率：（擴(kuò)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(kuò)張室的截面積越大，消聲上限截止頻率越低，即有效消擴(kuò)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(kuò)張比不能盲目選擇太大。聲頻率范圍越窄。

17、因此，擴(kuò)張比不能盲目選擇太大。v一般擴(kuò)張比一般擴(kuò)張比m不超過不超過20。在實(shí)際工程中一般取。在實(shí)際工程中一般取9m 16D-D-擴(kuò)張室截面當(dāng)量直徑，擴(kuò)張室截面當(dāng)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(kuò)張室擴(kuò)張室 擴(kuò)張室體積，擴(kuò)張室體積，lSSV）（12【例例】：v某柴油機(jī)進(jìn)氣口噪聲在某柴油機(jī)進(jìn)氣口噪聲在125Hz有一明顯峰值，進(jìn)氣口管徑有一明顯峰值，進(jìn)氣口管徑為為150mm,管長管長3m。設(shè)計(jì)一個(gè)單節(jié)擴(kuò)張室消聲器設(shè)計(jì)一個(gè)單節(jié)擴(kuò)

18、張室消聲器安裝在進(jìn)安裝在進(jìn)氣口上，對(duì)其進(jìn)行消聲處理。要求對(duì)氣口上，對(duì)其進(jìn)行消聲處理。要求對(duì)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(kuò)張室長度：max214cfnlm68. 0125434044maxmaxfcllcfn=0擴(kuò)張室長度：m.13m67dB151411lg102或解方程求出可近似確定擴(kuò)張比查圖，根據(jù)消聲量mmTL求擴(kuò)張比m6lg202lg20lg202lg20)41lg(101411lg1022mmmmmmTL解方程可簡化計(jì)算：因?yàn)橐话鉳5, 212212DDSSm由擴(kuò)張比：2122122mDDmDD即：得：擴(kuò)張管直徑擴(kuò)張室

19、直徑：連接管連接管a 連接管連接管b 擴(kuò)張室擴(kuò)張室 222. 1Dcf上 驗(yàn)算截止頻率：1122VlScf下連接管連接管a 連接管連接管b 擴(kuò)張室擴(kuò)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(jìn)進(jìn)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(shí)質(zhì)上是共振消聲器實(shí)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(yīng)用，其基本原理基于的一種應(yīng)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(gè)共振系統(tǒng)。，二者組成一個(gè)共振系統(tǒng)。v當(dāng)聲波傳至頸口時(shí)，在聲壓作用下當(dāng)聲波傳至頸口時(shí)，在聲壓作用下空氣柱產(chǎn)生振動(dòng)空氣柱產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)時(shí)的摩擦阻尼，振動(dòng)時(shí)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(shí)，由于聲阻抗的突然變化，一部耗散掉。同時(shí)，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(dāng)當(dāng)聲波頻

21、率與共振腔固有頻率相同時(shí)，便產(chǎn)生共振聲波頻率與共振腔固有頻率相同時(shí)，便產(chǎn)生共振，空氣柱振動(dòng)速度達(dá)，空氣柱振動(dòng)速度達(dá)到最大值，此時(shí)消耗的聲能最多，消聲量也就最大。到最大值，此時(shí)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(jì)算消聲量的計(jì)算(1) 對(duì)單一頻率對(duì)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(dǎo)率傳導(dǎo)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(yīng)用的共振消聲器很少是開一個(gè)孔的，而是

22、由多個(gè)孔組工程上應(yīng)用的共振消聲器很少是開一個(gè)孔的，而是由多個(gè)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(dǎo)率等于各個(gè)孔的傳導(dǎo)率之和：即則總的傳導(dǎo)率等于各個(gè)孔的傳導(dǎo)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(duì)倍頻程：)191lg(103/12KTL倍頻程：

23、對(duì)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(dāng)當(dāng) 時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生共振，消聲時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生共振，消聲 量最大；量最大；n 在偏離在偏離 時(shí)，消聲量迅速下降；時(shí)，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?。籏越大，消聲量越大，偏越大，消聲量越大，偏離共振頻率時(shí)的消聲量也有所離共振頻率時(shí)的消聲量也有所提高提高 共振腔式消聲器的設(shè)計(jì)步驟共振腔式消聲器的設(shè)計(jì)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(dǎo)率和傳導(dǎo)率G；v根據(jù)根據(jù)V和和G,設(shè)計(jì)消聲器的幾何尺寸；設(shè)計(jì)消