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擴(kuò)張室消聲器的設(shè)計

(1)消聲器基本結(jié)構(gòu)的選擇

單腔擴(kuò)張室在實際應(yīng)用中比較少，為了在較寬的頻率范圍內(nèi)有較好的消聲效果，通常把多節(jié)不同的擴(kuò)張室消聲器用不同長度的插入管串聯(lián)起來。多節(jié)組合的擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失，可以先分別計算各單腔擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失，再進(jìn)行算術(shù)疊加。當(dāng)然，由于各個擴(kuò)張室之間存在耦合現(xiàn)象，總的消聲量并不等于算術(shù)疊加值，但作為定性還可以采用。

通過多節(jié)擴(kuò)張室的串聯(lián)組合，可以改善整個消聲頻率特性，同時還可以提高總的消聲量。

由于消聲器通道截面的突然擴(kuò)張和收縮，將會增大擴(kuò)張室消聲器的阻力損失，為了改善其空氣動力性能，常借助穿孔管將擴(kuò)張室的插入管連接起來。

在實際應(yīng)用設(shè)計中，有時為了減少體積，把多個擴(kuò)張室消聲器單元，通過串聯(lián)和并聯(lián)等方式，合理的組合，滿足聲學(xué)指標(biāo)和空氣動力性能指標(biāo)。

(2)上、下限截止頻率的控制

擴(kuò)張室消聲器的消聲量隨著擴(kuò)張比的增大而增加，為獲得較大的消聲量就要增大擴(kuò)張比。可以通過兩個途徑達(dá)到目的：一是增加擴(kuò)張室的截面積，二是縮小進(jìn)、排氣管的口徑。而后者將受到流速、壓力損失等因素的限制，對于前者也不能無限度地增大。基于平面波理論，當(dāng)擴(kuò)張室的橫截面積過大時，波長很短的高頻聲波以窄聲束形式從消聲器通道中部通過，類似阻性消聲器的高頻失效頻率那樣，將導(dǎo)致消聲量急劇下降。

擴(kuò)張室的截面積越大，消聲上限截止頻率越低，即消聲器的有效消聲頻率范圍越窄。因此，擴(kuò)張比不能盲目地選擇太大，要兼顧消聲量和消聲頻率兩個方面。

為了解決上限截止頻率的影響，可以用一組并聯(lián)的小通道代替一個大通道，在每個小通道上設(shè)計安裝消聲器，這樣即可在有足夠擴(kuò)張比的條件下，使擴(kuò)張室截面不致過大，從而在較寬的頻率范圍內(nèi)有較大的消聲量。此外，也可以錯開擴(kuò)張室進(jìn)、出口管的軸線。

(3)擴(kuò)張室消聲器的設(shè)計程序

①根據(jù)聲源的頻譜特性，合理地選擇最大消聲頻率，并以此來確定各個擴(kuò)張室及其插入管的長度。

②根據(jù)所需的消聲量，確定消聲器的擴(kuò)張比m，給出擴(kuò)張室截面的幾何參數(shù)。

③對所設(shè)計的消聲器結(jié)構(gòu)，進(jìn)行上、下限截止頻率的驗算，判定其是否在所需消聲頻率范圍之外，如果是在所需范圍之內(nèi)，則應(yīng)重新修改設(shè)計方案。

共振腔式消聲器

1、消聲原理及分類

共振腔消聲器也是抗性消聲器的一種主要形式。它是利用共振吸聲原理進(jìn)行消聲的，最簡單的共振消聲器是單腔共振消聲器。一個封閉的容積通過一個導(dǎo)管或多個小孔與氣流通道相連，即可組成一個共振系統(tǒng)?？讖街械目諝庵愃埔粋€活塞，具有一定的聲質(zhì)量;空腔類似一個彈簧，具有一定的聲順;空氣柱振動時，壁面的摩擦阻尼產(chǎn)生了一定的聲阻，整個系統(tǒng)類似接上一個旁支濾波器。當(dāng)聲波入射到共振腔口時，因聲阻抗的突然變化，一部分聲能將反射回聲源。同時，在聲波的作用下，孔徑中的空氣柱產(chǎn)生振動，振動時的摩擦阻尼又使一部分聲能轉(zhuǎn)換為熱能而耗散掉。這樣，有少量聲能輻射出去，從而達(dá)到了消聲的目的。

共振腔消聲器按其幾何形狀為：旁支型和同軸型。旁支型是指在管道側(cè)壁設(shè)置共振結(jié)構(gòu)，同軸型是指在管道的周圍通過很多小孔設(shè)置共振結(jié)構(gòu)，在工程上同軸型共振腔消聲器使用更為廣泛。

2、共振腔消聲器消聲量的計算

一般情況下，如果共振腔的孔徑附近沒有阻性聲學(xué)材料時，其聲阻很小，在忽略了共振腔的聲阻后，通過聲壓連續(xù)和體積速度連續(xù)方程，可以計算單腔共振消聲器的傳遞損失。

3、共振腔消聲器的設(shè)計

在共振腔消聲器中，同軸式共振腔消聲器，即在氣流通道的一定位置上，局部打一定排列的孔與共振腔相連，使用最為廣泛。

按以下步驟進(jìn)行設(shè)計：

(1)根據(jù)要消除的主要頻率和所要求的消聲值(倍頻程或1/3倍頻程)確定相應(yīng)的K值。

(2)確定K值后，按 、 所確定的關(guān)系，求出共振腔的體積和傳導(dǎo)率。

(3)在容積和傳導(dǎo)率確定后，即可設(shè)計消聲器的具體幾何參數(shù)。對于確定的共振容積來說，可以有多種不同的幾何形狀和尺寸;對于同樣的傳導(dǎo)率數(shù)值，也可以有多種孔徑、板厚、穿孔數(shù)的組合。

設(shè)計時的注意事項：

①共振腔的尺寸應(yīng)小于共振頻率相應(yīng)波長的1/3，以保證共振腔可以視為集中參數(shù)元件。

②穿孔位置應(yīng)集中共振腔的中部，所占范圍應(yīng)小于共振頻率波長的1/12.穿孔不能過密或過稀，避免傳導(dǎo)率的降低及聲波的干涉?？仔木鄳?yīng)大于或等于孔徑的5倍。

共振腔消聲器的優(yōu)點(diǎn)是特別適用于低、中頻成分突出的噪聲，且消聲量也比較大，這恰恰是一般阻性消聲器的弱點(diǎn)。其缺點(diǎn)是消除噪聲的有效頻率范圍窄，如果要增加共振結(jié)構(gòu)的聲阻，可以適當(dāng)擴(kuò)展有效消聲頻率范圍。在共振腔中增加一些較大的材料，如多孔吸聲材料，或在孔頸處貼薄而透聲的材料，如纖維布等。在實際工程中，也經(jīng)常采用多節(jié)共振腔串聯(lián)的方法，把兩個以上不同共振頻率的共振腔串接起來，可以有效地擴(kuò)展消聲頻率范圍。

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