[科普中國]-抗性消聲器

簡介

主要適于降低低頻及中低頻段的噪聲?？剐韵暺鞯淖畲髢?yōu)點(diǎn)是不需使用多孔吸聲材料，因此在耐高溫、抗潮濕、對(duì)流速較大、潔凈要求較高的條件均比阻性消聲器好。

抗性消聲器是由突變界面的管和室組合而成的，好像是一個(gè)聲學(xué)濾波器，與電學(xué)濾波器相似，每一個(gè)帶管的小室是濾波器的一個(gè)網(wǎng)孔，管中的空氣質(zhì)量相當(dāng)于電學(xué)上的電感和電阻，稱為聲質(zhì)量和聲阻。小室中的空氣體積相當(dāng)于電學(xué)上的電容，稱為聲順。與電學(xué)濾波器類似，每一個(gè)帶管的小室都有自己的固有頻率。當(dāng)包含有各種頻率成分的聲波進(jìn)入第一個(gè)短管時(shí)，只有在第一個(gè)網(wǎng)孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網(wǎng)孔到達(dá)第二個(gè)短管口，而另外一些頻率的聲波則不可能通過網(wǎng)孔．只能在小室中來回反射，因此，我們稱這種對(duì)聲波有濾波功能的結(jié)構(gòu)為聲學(xué)濾波器。選取適當(dāng)?shù)墓芎褪疫M(jìn)行組合．就可以濾掉某些頻率成分的噪聲，從而達(dá)到消聲的目的?？剐韵暺鬟m用于消除中、低頻噪聲。

抗性消聲器的機(jī)理抗性消聲器：以達(dá)到消聲目的的消聲器。 主要適于降低低頻及中低頻段的噪聲?？剐韵暺鞯淖畲髢?yōu)點(diǎn)是不需使用多孔吸聲材料，因此在耐高溫、抗潮濕、對(duì)流速較大、潔凈要求較高的條件均比阻性消聲器好。 抗性消聲器是由突變界面的管和室組合而成的，好像是一個(gè)聲學(xué)濾波器，與電學(xué)濾波器相似，每一個(gè)帶管的小室是濾波器的一個(gè)網(wǎng)孔，管中的空氣質(zhì)量相當(dāng)于電學(xué)上的電感和電阻，稱為聲質(zhì)量和聲阻。小室中的空氣體積相當(dāng)于電學(xué)上的電容，稱為聲順。與電學(xué)濾波器類似，每一個(gè)帶管的小室都有自己的固有頻率。當(dāng)包含有各種頻率成分的聲波進(jìn)入第一個(gè)短管時(shí)，只有在第一個(gè)網(wǎng)孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網(wǎng)孔到達(dá)第二個(gè)短管口，而另外一些頻率的聲波則不可能通過網(wǎng)孔．只能在小室中來回反射，因此，我們稱這種對(duì)聲波有濾波功能的結(jié)構(gòu)為聲學(xué)濾波器。選取適當(dāng)?shù)墓芎褪疫M(jìn)行組合．就可以濾掉某些頻率成分的噪聲，從而達(dá)到消聲的目的?？剐韵暺鬟m用于消除中、低頻噪聲。 一、技術(shù)要求 1. 抗性消聲器就是一組聲學(xué)濾波器，濾掉某些頻率成分的噪聲，達(dá)到消聲的目的。它與阻性消聲器最大的區(qū)別是沒有多孔性吸聲材料，包括共振式消聲器和擴(kuò)張式消聲器等。

技術(shù)要求1. 抗性消聲器就是一組聲學(xué)濾波器，濾掉某些頻率成分的噪聲，達(dá)到消聲的目的。它與阻性消聲器最大的區(qū)別是沒有多孔性吸聲材料，包括共振式消聲器和擴(kuò)張式消聲器等。

2. 共振式消聲器是利用共振結(jié)構(gòu)的阻抗引起聲波的反射而進(jìn)行消聲。它由小孔板和共振腔構(gòu)成。主要用于消除低頻或中頻窄帶噪聲或峰值噪聲。結(jié)構(gòu)簡單，空氣阻力小。

3. 擴(kuò)張式消聲器又稱膨脹式消聲器，由各個(gè)擴(kuò)張室與連管連接起來組成。它是利用橫斷面積的擴(kuò)張、收縮引起聲波的反射與干涉來進(jìn)行消聲的。其消聲性能主要取決于擴(kuò)張室的擴(kuò)張比和長度。

產(chǎn)品選用要點(diǎn)1. 抗性消聲器選用主要控制參數(shù)消聲量、頻譜特性、風(fēng)速、風(fēng)量、空氣阻力（系數(shù)）。

2. 共振消聲器的穿孔板孔徑一般為3~10mm，微穿孔板消聲器穿孔板孔徑一般為0.5~1.0mm。抗性消聲器構(gòu)造簡單，不使用吸聲材料，消除低中頻帶噪聲性能較好，且阻力小，多用于高溫、高濕場合及潔凈空調(diào)系統(tǒng)。

3. 消聲器消聲效果與風(fēng)速有關(guān)，應(yīng)按廠家產(chǎn)品樣本的動(dòng)態(tài)消聲量選用。

4. 消聲器消聲效果與消聲器入口聲級(jí)有關(guān)，消聲器入口通常設(shè)在系統(tǒng)聲源較高的位置（如風(fēng)機(jī)或空調(diào)機(jī)出口處）。

5. 消聲器應(yīng)設(shè)于風(fēng)管系統(tǒng)中氣流平穩(wěn)的管段上，且應(yīng)盡量靠近有噪聲控制要求的地方。

6. 為防止再生噪聲的影響，消聲器空氣通道內(nèi)流速應(yīng)根據(jù)控制噪聲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求確定，阻性消聲器一般宜在8m/s以下，最大不應(yīng)宜>12m/s。微穿孔板消聲器大風(fēng)速的情況下（15~20m/s），風(fēng)阻較大。

7. 消聲器不宜設(shè)置在空調(diào)機(jī)房內(nèi)，也不宜設(shè)置在室外，防止噪聲穿透進(jìn)入消聲器后的管道。

8. 當(dāng)一根風(fēng)管輸送到多個(gè)房間時(shí)，宜擴(kuò)大相鄰房間送風(fēng)口的距離，或采用增加消聲彎頭、風(fēng)管內(nèi)壁粘貼吸聲材料等措施，防止房間的噪聲干擾。

9. 一般空調(diào)系統(tǒng)減噪選用阻抗復(fù)合式消聲器，排風(fēng)系統(tǒng)可選用阻性消聲器。1

抗性消聲器性能指標(biāo)抗性消聲器是控制內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲的主要技術(shù)措施。大量柴油機(jī)汽車和工程機(jī)械應(yīng)用，所帶來的噪聲問題已成為環(huán)境污染的重要問題之一，作為主要噪聲源之一的排氣噪聲一直是降低柴油機(jī)噪聲的研究重點(diǎn)。衡量抗性消聲器的性能指標(biāo)主要包括：插入損失、壓力損失、裝配性能、結(jié)構(gòu)工藝性和使用壽命。

插入損失隨著國家政策的改變，全國各地大型工程項(xiàng)目相繼展開。工程項(xiàng)目對(duì)大型機(jī)械的需求越來越多，隨之而來的是工程機(jī)械行業(yè)的大力發(fā)展。工程機(jī)械在增大功率的同時(shí)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的噪聲影響越來越大。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲占工程機(jī)械噪聲的主要部分，使用消聲器是降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的最有效途徑。對(duì)于工程機(jī)械，應(yīng)用最多的消聲器是抗性消聲器，因?yàn)榭剐韵暺鞑粫?huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)排出的煙塵、油漬堵塞，便于維護(hù)。本文論述了抗性消聲器的消聲原理和評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)抗性消聲器試驗(yàn)設(shè)備及系統(tǒng)組成，包括聲學(xué)測量、氣流測量、壓力測量和插入損失測量四部分，進(jìn)行了介紹。同時(shí)闡明了試驗(yàn)的原理與方法，明確插入損失測量數(shù)據(jù)來源。通過分析多種抗性消聲器的試驗(yàn)測試結(jié)果，建立了消聲器在970-2200r/min轉(zhuǎn)速下的1/3倍頻程頻譜。經(jīng)過對(duì)噪聲頻譜的分析，探尋抗性消聲器的消聲性能與結(jié)構(gòu)布置、氣流的關(guān)系。在不考慮壓力損失的條件下，抗性消聲器的消聲性能與擴(kuò)張比和插入管的結(jié)構(gòu)關(guān)系最為密切，插入管結(jié)構(gòu)的簡化方案直接影響消聲量計(jì)算結(jié)果。在膨脹腔消聲器、穿孔管消聲器、插入管消聲器經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式以及氣流再生噪聲的基礎(chǔ)上，本文提出適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)抗性消聲器的消聲量計(jì)算公式。計(jì)算方法是：把多腔消聲器分成一至兩腔單獨(dú)計(jì)算，最后疊加計(jì)算結(jié)果。將經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)作對(duì)比，證明公式在部分頻段具有足夠的正確性、精確度。利用內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火頻率計(jì)算得到的計(jì)算值，與試驗(yàn)測量得到的消聲器的插入損失值誤差在5%以內(nèi)，可以利用此頻率下的計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)整個(gè)消聲器的消聲性能。通過計(jì)算，以減少消聲器設(shè)計(jì)初期的盲目性，縮短設(shè)計(jì)周期。2

壓力損失隨著近年來汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，伴之而來的汽車噪聲污染也成為全球性的問題，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲是汽車噪聲的主要聲源之一，安裝性能良好的排氣消聲器是降低排氣噪聲的有效途徑。排氣消聲器的設(shè)計(jì)水平影響著我國汽車行業(yè)汽車質(zhì)量的整體提升，排氣消聲器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是研究用來評(píng)價(jià)消聲性能和空氣動(dòng)力性能的兩個(gè)重要指標(biāo)。在當(dāng)前“節(jié)能減排”、“建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)”的大環(huán)境下，不僅要考慮消聲性能，消聲器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的影響也有重要影響，因此，在保證消聲量滿足一定標(biāo)準(zhǔn)的前提下，使消聲器的壓力損失在符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下盡量地降低能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。不僅如此，消聲器相關(guān)技術(shù)的提高能擺脫我國部分消聲器只能依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀，提高國產(chǎn)消聲器的世界競爭力，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。首先對(duì)于消聲器基本單元和不同入口流速下消聲器的壓力損失的變化規(guī)律進(jìn)行了相關(guān)研究，利用計(jì)算流體力學(xué)的方法，通過前期建模、網(wǎng)格劃分、求解器選擇、邊界條件設(shè)定等步驟，對(duì)消聲器基本單元(擴(kuò)張室、內(nèi)插管、穿孔管)的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了消聲器基本單元結(jié)構(gòu)(進(jìn)出口直徑、擴(kuò)張比、內(nèi)插管長度及位置、穿孔管穿孔率和穿孔孔徑)對(duì)消聲器氣流速度場、壓力場、湍動(dòng)能場的影響規(guī)律，探討了不同入口流速條件下消聲器消聲單元壓力損失的變化規(guī)律，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)消聲器的設(shè)計(jì)提供了一定的設(shè)計(jì)依據(jù)。其次進(jìn)行了復(fù)雜單元結(jié)構(gòu)(擴(kuò)張室、內(nèi)插管、穿孔管)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)消聲器內(nèi)部流場的數(shù)值模擬。最后通過與臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了通過數(shù)值計(jì)算方法對(duì)排氣消聲器進(jìn)行壓力損失計(jì)算是有效可行的。3

裝配性能根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)需求，采用計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)消聲器的消聲性能進(jìn)行了模擬仿真，并輔以試驗(yàn)手段對(duì)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行了驗(yàn)證評(píng)價(jià)，最終達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)，提高了消聲器性能設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度和研發(fā)效率。分析了消聲器設(shè)計(jì)分析方法的發(fā)展現(xiàn)狀，系統(tǒng)闡述了消聲元件的基本消聲原理，并對(duì)消聲器的各項(xiàng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，詳述了消聲器設(shè)計(jì)過程中各基本尺寸參數(shù)的確定方法，并依此設(shè)計(jì)了輕型載貨汽車消聲器的基礎(chǔ)技術(shù)方案，方案選用抗性消聲器，內(nèi)部機(jī)構(gòu)采用擴(kuò)張腔、赫姆霍茲消聲器等復(fù)合結(jié)構(gòu)，主要用于消除發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的中低頻噪聲成分。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用GT-Power軟件對(duì)消聲器性能進(jìn)行了仿真計(jì)算，得到傳遞損失、插入損失等性能參數(shù)，結(jié)合分析結(jié)果，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，并最終形成滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的消聲器詳細(xì)設(shè)計(jì)方案;將消聲器設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)化為工程圖紙，制作合格的物理樣件，對(duì)消聲器樣件總成在試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了主要性能指標(biāo)的測試，并與模擬仿真結(jié)果結(jié)合進(jìn)行一致性對(duì)比分析。測試合格的試驗(yàn)樣件最終在整車產(chǎn)品上進(jìn)行裝配，應(yīng)用測試系統(tǒng)和軟件對(duì)實(shí)際裝車條件下的整車噪聲進(jìn)行測試及分析，根據(jù)測試結(jié)果，分析該消聲器在整車裝配條件下是否滿足整車相關(guān)性能設(shè)計(jì)目標(biāo)的要求。圍繞消聲器及系統(tǒng)的產(chǎn)品性能指標(biāo)，采用了仿真分析與測試試驗(yàn)分析相結(jié)合的研究方法，設(shè)計(jì)了可滿足實(shí)際整車工程需要的消聲器產(chǎn)品，縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本，達(dá)到了預(yù)期的產(chǎn)品性能目標(biāo)要求。4

共振式消聲器利用共振結(jié)構(gòu)的阻抗引起聲波的反射而進(jìn)行消聲。它由小孔板和共振腔構(gòu)成。主要用于消除低頻或中頻窄帶噪聲或峰值噪聲。結(jié)構(gòu)簡單，空氣阻力小。

擴(kuò)張式消聲器又稱膨脹式消聲器由各個(gè)擴(kuò)張室與連管連接起來組成。它是利用橫斷面積的擴(kuò)張、收縮引起聲波的反射與干涉來進(jìn)行消聲的。其消聲性能主要取決于擴(kuò)張室的擴(kuò)張比和長度。

產(chǎn)品選用要點(diǎn)1.抗性消聲器選用主要控制參數(shù)消聲量、頻譜特性、風(fēng)速、風(fēng)量、空氣阻力。

2.共振消聲器的穿孔板孔徑一般為3~10mm，微穿孔板消聲器穿孔板孔徑一般為0.5~1.0mm?？剐韵暺鳂?gòu)造簡單，不使用吸聲材料，消除低中頻帶噪聲性能較好，且阻力消，多用于高溫、高濕場合及潔凈空調(diào)系統(tǒng)。

3. 消聲器消聲效果與風(fēng)速有關(guān)，應(yīng)按廠家產(chǎn)品樣本的動(dòng)態(tài)消聲量選用。

4. 消聲器消聲效果與消聲器入口聲級(jí)有關(guān)，消聲器入口通常設(shè)在系統(tǒng)聲源較高的位置（如風(fēng)機(jī)或空調(diào)機(jī)出口處）。

5. 消聲器應(yīng)設(shè)于風(fēng)管系統(tǒng)中氣流平穩(wěn)的管段上，且應(yīng)盡量靠近有噪聲控制要求的地方。

6. 為防止再生噪聲的影響，消聲器空氣通道內(nèi)流速應(yīng)根據(jù)控制噪聲級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求確定，阻性消聲器一般宜在8m/s以下，最大不應(yīng)宜>12m/s。微穿孔板消聲器大風(fēng)速的情況下（15~20m/s），風(fēng)阻較大。

7. 消聲器不宜設(shè)置在空調(diào)機(jī)房內(nèi)，也不宜設(shè)置在室外，防止噪聲穿透進(jìn)入消聲器后的管道。

8. 當(dāng)一根風(fēng)管輸送到多個(gè)房間時(shí)，宜擴(kuò)大相鄰房間送風(fēng)口的距離，或采用增加消聲彎頭、風(fēng)管內(nèi)壁粘貼吸聲材料等措施，防止房間的噪聲干擾。

9. 一般空調(diào)系統(tǒng)減噪選用阻抗復(fù)合式消聲器，排風(fēng)系統(tǒng)可選用阻性消聲器。1