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1、第第7 7章章 消声技术消声技术1.消声器性能评价消声器性能评价2.消声器的种类和设计消声器的种类和设计1.消声器性能评价消声器性能评价消声器：消声器：允许气流通过，又能有效地阻挡或减弱声允许气流通过，又能有效地阻挡或减弱声能向外传播的装置。能向外传播的装置。主要安装在气流通过管道中或进气口、排主要安装在气流通过管道中或进气口、排气口气口对消声器的基本要求：对消声器的基本要求：声学性能：消声量大声学性能：消声量大空气动力性能：阻力小（压力损失小）空气动力性能：阻力小（压力损失小）机械结构性能机械结构性能外形和装饰外形和装饰价格和费用价格和费用材质耐用，耐高温、耐腐蚀、耐材质耐用，耐高温、耐腐蚀
2、、耐 潮湿、耐粉尘，结构简洁、体积小、潮湿、耐粉尘，结构简洁、体积小、重量轻，便于制作安装和修理。重量轻，便于制作安装和修理。1.1 消声器声学性能评价（1）传声损失）传声损失LR（2）衰减量）衰减量（3）插入损失）插入损失LIL（1）传声损失）传声损失TL：消声器消声器进口端进口端声功率级与声功率级与出口端出口端声功率级之差。声功率级之差。传声损失反映消声器自身的特性，与声源、末端负载等因传声损失反映消声器自身的特性，与声源、末端负载等因素无关；素无关；适用于理论计算和在试验室检验消声器自身的消声特性。适用于理论计算和在试验室检验消声器自身的消声特性。（2）衰减量：）衰减量：消声器内部两点间
3、的声压级的差值称为衰减量，消声器内部两点间的声压级的差值称为衰减量，主要用来描述消声器内主要用来描述消声器内 声传播的特征，通常声传播的特征，通常以消声器单位长度的衰减量（以消声器单位长度的衰减量（dB/m）来表征来表征（3）插入损失）插入损失LIL：插入损失是在系统中插入消声器前、后，在插入损失是在系统中插入消声器前、后，在系统外某点测得的声压级之差，即系统外某点测得的声压级之差，即LILLp1Lp2 适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。适于在现场测量中用来评价安装消声器前后的综合效果。1.2 1.2 消声器的空气动力性能消声器的空气动力性能阻力损失阻力损失：气流通过消声器时，
4、出口端流：气流通过消声器时，出口端流体全压比进口端降低的数值。体全压比进口端降低的数值。消声器的阻力损失由两部分组成：消声器的阻力损失由两部分组成：局部阻力局部阻力沿程摩擦阻力沿程摩擦阻力2.消声器的种类和设计消声器的种类和设计阻性消声器抗性消声器阻抗复合式消声器 扩散消声器 扩张室消声器共振腔消声器干涉式消声器无源干涉式消声器有源干涉式消声器小孔喷注消声器多孔扩散消声器节流减压消声器按消声机理和结构消声器分为种 类形 式消声特性主 要 用 途阻性消声器阻性消声器片式、直管式、蜂窝式、列片式、直管式、蜂窝式、列管式、折板式、声流式、弯管式、折板式、声流式、弯头式、百叶式、迷宫式、盘头式、百叶式
5、、迷宫式、盘式、圆环式、室式式、圆环式、室式中、高频中、高频通风空调系统管通风空调系统管道，机房道，机房进排风进排风口，口，空气动力设空气动力设计计 进、排风口进、排风口抗性消声器抗性消声器扩张式扩张式共振腔式共振腔式无源干涉式无源干涉式有源干涉式有源干涉式低中频低中频低频低频低中频低中频低中频低中频空压机、柴油机、空压机、柴油机、汽车或摩托车汽车或摩托车发发动机动机等以低中频等以低中频噪声为主的设备噪声为主的设备排气噪声排气噪声阻抗复合式消阻抗复合式消声器声器阻性及共振复合式、阻性及共振复合式、阻性及扩张复合式阻性及扩张复合式宽频带宽频带各类宽频带噪声各类宽频带噪声源源扩散扩散消声器消声器小
6、孔喷柱式、小孔喷柱式、多孔扩散式、多孔扩散式、节流减压式节流减压式宽频带宽频带各类各类排气放空排气放空噪噪声声2.1 阻性消声器2.1.1 阻性消声器的消声原理2.1.2 阻性消声器的结构形式2.1.3 阻性消声器的设计2.1.1 2.1.1 阻性消声器的消声原理阻性消声器的消声原理消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料固消声原理：利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按确定的方式在管道中排定在气流通道内壁或按确定的方式在管道中排列起来，因摩擦阻力和黏滞力将声能转化为热列起来，因摩擦阻力和黏滞力将声能转化为热能而散发掉，从而达到消声的目的。吸声材料能而散发掉，从而达到消声的目的。吸声
7、材料类似于电学中的电阻，故称阻性消声器。类似于电学中的电阻，故称阻性消声器。消声的频率特性：具有良好的中、高频消声性消声的频率特性：具有良好的中、高频消声性能。能。适用范围：消退风机、燃气轮机进、排气噪声适用范围：消退风机、燃气轮机进、排气噪声（即气体流速不大的状况）。（即气体流速不大的状况）。2.1.2 2.1.2 阻性消声器的阻性消声器的结构形式结构形式直管式直管式片式片式折板式折板式迷宫式迷宫式蜂窝式蜂窝式声流式声流式盘式盘式弯头式弯头式 消声量计算消声量计算其中：其中：L L消声器气流通道断面周长，消声器气流通道断面周长，m m S S消声器的气流通道截面积，消声器的气流通道截面积，m
8、 m2 2 l消声器的有效长度，消声器的有效长度，m m j j(a a0 0)消声系数，与材料的法向吸声系数消声系数，与材料的法向吸声系数a a0（驻波管法）（驻波管法）有关有关 A.N.别洛夫别洛夫 理论计算公式：理论计算公式：11.50.860.750.640.550.470.390.310.240.170.110.050.6010.550.500.450.400.350.300.250.200.150.100.05 j j(a a0 0)与与a a0的换算关系的换算关系 H.J.赛宾赛宾 阅历公式：阅历公式：与与 的换算关系的换算关系 1.000.8630.7320.6070.4890
9、.3290.3271.000.900.800.700.600.500.450.2770.2300.1850.1440.1050.0700.0400.0150.400.350.300.250.200.150.100.05无规入射平均吸声系数（混响室法）无规入射平均吸声系数（混响室法）例例:选用同一种吸声材料（平均吸声系数为选用同一种吸声材料（平均吸声系数为0.460.46）衬贴的消声管道，管道有效长度为）衬贴的消声管道，管道有效长度为2m2m，管道有效截面积，管道有效截面积1500cm21500cm2。当截面形态。当截面形态分别为圆形、正方形和分别为圆形、正方形和1 1：5 5矩形时，试问矩形时
10、，试问哪种截面形态的声音衰减量最大？哪种最哪种截面形态的声音衰减量最大？哪种最小？小？已知平均吸声系数、管道有已知平均吸声系数、管道有效长度效长度l l、管道截面积、管道截面积S S求出不同形状的截面周长求出不同形状的截面周长求消声量求消声量解题思路：解题思路：当管道为当管道为圆形圆形时：时：当管道为当管道为正方形正方形时：时：当管道截面为当管道截面为1 1：5 5矩形矩形时：时：L矩矩L正正 L圆圆即：管道截面面积即：管道截面面积S确定时，确定时，管道截面为矩形的声音衰减量最大（管道截面为矩形的声音衰减量最大（L/S最大）最大）管道截面为圆形的声音衰减量最小（管道截面为圆形的声音衰减量最小（
11、L/S最小）最小）2.2 抗性消声器基本类型2.2.1 2.2.1 扩张室消声器扩张室消声器2.2.2 2.2.2 共振式消声器共振式消声器2.2.3 2.2.3 干涉式消声器干涉式消声器2.2.1 扩张室消声器v扩张室式消声器：利用扩张室式消声器：利用管道截面管道截面的扩张（或收缩）的扩张（或收缩）引起某些频率的声波引起某些频率的声波反射反射，从而达到消声目的。，从而达到消声目的。v结构类型：结构类型：单节扩张室式消声器、多节扩张室式消单节扩张室式消声器、多节扩张室式消声器声器连接管连接管 连接管连接管 扩张室扩张室 单节扩张室式消声器单节扩张室式消声器多节扩张室式消声器多节扩张室式消声器一
12、般串联一般串联24节节，否则气流阻力太大，否则气流阻力太大v单节扩张室消声器的消声量单节扩张室消声器的消声量连接管连接管 连接管连接管 扩张室扩张室 扩张室长度扩张室长度,m,m k k波数波数,扩张比扩张比,消声量与消声量与扩张比、频扩张比、频率、扩张室长度率、扩张室长度有关；有关；对某一频率噪声进行对某一频率噪声进行消声器的设计，就是确消声器的设计，就是确定定扩张室的长度和扩张扩张室的长度和扩张室直径（扩张比）室直径（扩张比）sin2kl 做周期性变更（做周期性变更（01），），消声量也做是周期性变更：消声量也做是周期性变更：当当sinkl=0时，时，D DL=0当当sinkl=1时，时，
13、当当 时，时，扩张室消声量达到扩张室消声量达到最小值：最小值：fmin称为通过频率 当当 时，时，扩张室消声量达到扩张室消声量达到最大值最大值：P168 图图7-7 消声量与扩张室腔长消声量与扩张室腔长l 的关系（扩张比的关系（扩张比m确定时）确定时）fminfmaxfmaxfmaxfmin频率频率f/Hz消声量消声量/dB0m确定时，可确定最大消声量确定时，可确定最大消声量l 变更，最大消声量对应的频变更，最大消声量对应的频率率fmax和最小消声量对应的频和最小消声量对应的频率率fmin发生移动发生移动消声量与扩张室消声量与扩张室长度长度l的关系的关系扩张室最大消声量与扩张室最大消声量与扩张
14、比扩张比m的关系：的关系：图图7-6 7-6 单节扩张室消声器的消声量单节扩张室消声器的消声量 增大扩张比增大扩张比m,消声量增大。消声量增大。一般扩张比一般扩张比m5扩张室消声器的截止频率：（扩张室消声器的截止频率：（P169）上限截止频率上限截止频率v扩张室的截面积越大，消声上限截止频率越低，即有效消扩张室的截面积越大，消声上限截止频率越低，即有效消声频率范围越窄。因此，扩张比不能盲目选择太大。声频率范围越窄。因此，扩张比不能盲目选择太大。v一般扩张比一般扩张比m不超过不超过20。在实际工程中一般取。在实际工程中一般取9 m 16D-D-扩张室截面当量直径，扩张室截面当量直径，圆管即直径圆
15、管即直径 下限截止频率下限截止频率连接管的截面积，连接管的截面积，m m2 2连接管的长度，连接管的长度，l l1 1=a+b=a+b连接管连接管a 连接管连接管b 扩张室扩张室 扩张室体积，扩张室体积，【例例】：v某柴油机进气口噪声在某柴油机进气口噪声在125Hz有一明显峰值，进气口管径有一明显峰值，进气口管径为为150mm,管长管长3m。设计一个单节扩张室消声器设计一个单节扩张室消声器安装在进安装在进气口上，对其进行消声处理。要求对气口上，对其进行消声处理。要求对125Hz噪声具有噪声具有15dB的消声量。（消声器后连接管长的消声量。（消声器后连接管长1m）求扩张室长度：n=0扩张室长度：
16、求扩张比m解方程可简化计算：因为一般m5,扩张室直径：连接管连接管a 连接管连接管b 扩张室扩张室 验算截止频率：连接管连接管a 连接管连接管b 扩张室扩张室 768Hz13Hz2.2.2 共振腔式消声器v共振腔式消声器：一种抗性消声器，利用共振腔式消声器：一种抗性消声器，利用共振吸声原理共振吸声原理进进行消声。行消声。v结构形式：结构形式：在一段气流通道的管壁上开一在一段气流通道的管壁上开一些小孔，使其与管外闭合的空些小孔，使其与管外闭合的空腔相通，就构成了腔相通，就构成了共振消声器共振消声器 v共振消声器实质上是共振吸声结构的一种应用，其基本原理基于亥姆霍共振消声器实质上是共振吸声结构的一
17、种应用，其基本原理基于亥姆霍兹共振器。兹共振器。v管壁小孔中的空气柱弹性形变很小，可看作一质量块管壁小孔中的空气柱弹性形变很小，可看作一质量块;密闭腔中的空气弹密闭腔中的空气弹性形变大，类似一弹簧，二者组成一个共振系统。性形变大，类似一弹簧，二者组成一个共振系统。v当声波传至颈口时，在声压作用下空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼当声波传至颈口时，在声压作用下空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼使一部分声能转换为热能耗散掉。同时，由于声阻抗的突然变更，一部使一部分声能转换为热能耗散掉。同时，由于声阻抗的突然变更，一部分声波发生反射。分声波发生反射。v当声波频率与共振腔固有频率相同时，便产生共振，空气柱
18、振动速度达当声波频率与共振腔固有频率相同时，便产生共振，空气柱振动速度达到最大值，此时消耗的声能最多，消声量也就最大。到最大值，此时消耗的声能最多，消声量也就最大。v消声基理消声基理v消声量的计算消声量的计算(1)对单一频率对单一频率f 的消声量的消声量:fr-共振频率共振频率:G-传导率传导率,单位单位m:t：小孔颈长：小孔颈长d:小孔直径小孔直径S0：小孔面积，：小孔面积，So=p pd2/4dD1v工程上应用的共振消声器很少是开一个孔的，而是由多个孔组工程上应用的共振消声器很少是开一个孔的，而是由多个孔组成。保证孔心距成。保证孔心距大于大于5 5倍倍的小孔孔径的小孔孔径v则总的传导率等于
19、各个孔的传导率之和：即则总的传导率等于各个孔的传导率之和：即G=nGi(n为孔数为孔数)V：空腔体积，：空腔体积，m3S：气流通道截面积：气流通道截面积,m2外外径径D2内径内径D1共振腔长度共振腔长度l(2)某一频带内的消声量某一频带内的消声量v共振腔式消声器的消声特性共振腔式消声器的消声特性n当当 时，系统发生共振，消声时，系统发生共振，消声 量最大；量最大；n 在偏离在偏离 时，消声量迅速下降；时，消声量迅速下降；nK值越小，曲线越尖锐消声量值越小，曲线越尖锐消声量越小；越小；K越大，消声量越大，偏越大，消声量越大，偏离共振频率时的消声量也有所提离共振频率时的消声量也有所提高高 共振腔式
20、消声器的设计步骤共振腔式消声器的设计步骤(P175)依据要消退的主要频率和消声量，依据式依据要消退的主要频率和消声量，依据式 确定确定K值；值；由由K值，依据公式值，依据公式 求出共振腔体积求出共振腔体积V和传导率和传导率G；依据依据V和和G,设计消声器的几何尺寸；设计消声器的几何尺寸；上限截止频率也依据公式上限截止频率也依据公式 进行计算。进行计算。（声速（声速c=340m/s，D2为共振腔直径）为共振腔直径）【例例】：在管径为在管径为100mm的常温气流通道上，的常温气流通道上，设计设计一单腔共振消声器一单腔共振消声器，要求在，要求在125Hz的倍频带上有的倍频带上有15dB的消声量。的消
21、声量。v解：解：v已知量：管径已知量：管径D1=100mm=0.1m;消声量消声量TL=15dB;中心频率中心频率f=125Hz。v第第1步：步：v 对倍频带，依据公式对倍频带，依据公式第第2步：步：确定共振腔体积确定共振腔体积V和传导率和传导率G利利用用公公式式其中其中S是管道截面积是管道截面积 S1=p pD12/4fr取取125Hz,此时对此时对125Hz的声音消声量最大的声音消声量最大第第3步：设计尺寸（共振腔直径、长度，小孔孔径、孔数）步：设计尺寸（共振腔直径、长度，小孔孔径、孔数）拟定设计方案为与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内拟定设计方案为与原管道同轴的圆筒形共振腔，其内径即为径即为100mm，外径取，外径取400mm（由（由 阅历证合阅历证合理）理）则共振腔的长度：则共振腔的长度：外外径径D2内径内径D1共振腔长度共振腔长度l 设计取小孔颈长设计取小孔颈长t=2mm，孔径，孔径d=5 mm,求小孔求小孔数数:共振式消声器设计方案图共振式消声器设计方案图