環(huán)保工程師輔導(dǎo)之消聲降噪工程(四)

　　三、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)。孔徑中的空氣柱類似一個活塞，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。

　　當(dāng)聲波波長大于共振腔消聲器的最大尺寸的3倍時，其共振吸收頻率為 ;

　　或 ;其中 ;對于多孔 式中： -聲速; -孔徑截面積; -共振腔體積; -穿孔板厚度; -小孔直徑; -小孔數(shù)量; -傳導(dǎo)率，具有長度量綱的物理量。

　　引入 -與消聲量有關(guān)的無量綱值; -通道截面積。

　　對于倍頻帶，消聲量為： 對于1/3倍頻帶，消聲量為： 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：

　?、俟舱袂坏某叽鐟?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。

　?、诖┛孜恢脩?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。其缺點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，可以有效地擴展消聲頻率范圍。

　　四、阻抗復(fù)合式消聲器

　　在實際工程中，常遇到的噪聲多是寬頻帶的，為了在低、中、高頻均獲得較好的消聲效果，可以將阻性、抗性兩種結(jié)構(gòu)的消聲器復(fù)合起來使用，使它們?nèi)￠L補短，這種結(jié)構(gòu)的消聲器即常說的阻抗復(fù)合式消聲器。

　　根據(jù)不同的消聲原理，結(jié)合具體的現(xiàn)場條件及聲源特性，通過不同方式的組合即可設(shè)計出不同結(jié)構(gòu)形式的阻抗復(fù)合消聲器。一般情況下，抗性部分放在前面(入口端)，阻性部分放在后面，特別對于有脈動氣流存在的場所。

　　對于阻抗復(fù)合式消聲器，可以定性地認為是阻性與抗性在同頻帶內(nèi)的消聲值疊加，但定量地講，總的消聲值并非是簡單的疊加關(guān)系。因為聲波在傳播過程中產(chǎn)生的干涉、反射等聲學(xué)現(xiàn)象，以及聲的耦合作用，相互影響，不易確定簡單的定量關(guān)系，在實際應(yīng)用中，還是用實際測量來了解復(fù)合消聲器的消聲特性。

　　有時也可以在某些抗性聲學(xué)元件中敷設(shè)吸聲材料來提高結(jié)構(gòu)的傳遞損失，例如在擴張室消聲器內(nèi)部敷設(shè)一定厚度的阻性吸聲層。

　　五、微穿孔板消聲器

　　微穿孔板消聲器是利用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)制成的消聲器。在厚度小于1mm的板材(金屬板或其他板材)上，開適量孔徑為1mm左右的微孔，穿孔率一般為1%~3%，在穿孔板后留有一定的空腔，即成為微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)。

　　微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)是一種高聲阻、低聲質(zhì)量的吸聲元件。

　　微穿孔板消聲器的結(jié)構(gòu)形式類似于阻性消聲器，按氣流通道的形狀，可分為直管式、片式、折板式、聲流式等。

　　微穿孔板消聲器的設(shè)計方法與阻性消聲器基本相同，不同之處在于用穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)代替了阻性吸聲材料。其消聲量也可參照彼洛夫公式進行計算。在低頻范圍使用時，當(dāng)聲波的波長大于空腔尺寸時，可用共振式消聲器的消聲量公式計算。

　　為了保證在寬頻帶有較高的吸聲，一般均采用雙層吸聲結(jié)構(gòu)。在多層時，空腔厚度可以按不同的吸聲頻帶確定。前后兩層空腔的厚度可以相同，也可以不同，接觸氣流的第一層穿孔板率可以適當(dāng)高于后面一層。

　　為了防止聲波在空腔內(nèi)沿管長方向的傳播，可以在適當(dāng)部位加若干橫向擋板。

　　微穿孔板消聲器主要有以下一些優(yōu)點：

　　(1)空氣動力性能好，適用于要求阻損小的設(shè)備。

　　(2)氣流再生噪聲低，可以允許有較高的氣流速度。

　　(3)不使用阻性吸聲材料，沒有纖維、粉塵的泄漏，可用于衛(wèi)生條件要求嚴苛的醫(yī)藥、食品等行業(yè)。

　　(4)穿孔板可用普通金屬板制成，也可以用不銹鋼或鋁板制成，或者對板材進行防腐處理，可用于高溫、潮濕、腐蝕或有短暫火焰的環(huán)境中。

　　在選用微穿孔板消聲器時，如果要求阻損小，可以采用直管式;如果阻損要求不太嚴格時，也可考慮采用聲流式或其他形式的消聲器。

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