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    消聲器的原理

    發布時間:2018-09-28  閱讀:1670次
    一、微孔板吸聲結構的理論
    在板厚小于1.0mm的薄板上穿以孔徑小于等于1.0mm的微孔,穿孔率為1~5%,
    后部留有一定的厚度(5-20cm)空氣層,該層不填任何吸聲材料 ,這樣即構成了微穿孔板吸聲結構。它是一種低聲質量,高聲阻的共振吸聲結構,其研究表明,表征微穿孔板吸聲特性的吸聲系數和頻帶寬度,主要由微穿孔板的聲質量m和聲阻r來決定,而這兩個因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關。微穿孔板吸聲結構的相對聲阻抗Z(以空氣的特性阻抗ρC為單位)用式(1)計算:
    Z=r+jwm=jctg(WD/C)(1)
    公式中:
    ρ--空氣密度(kg/cm3);
    C--空氣中聲速(m/s);
    D--腔深(mm);
    m--相對聲質量;
    r--相對聲阻;
    w--角頻率,W=2πf(f為頻率);
    而r和m分別由式(2)(3)表達:
    r=atkr/dzp(2)
    m=(0.294)×10-3tkm/p(3)
    式中:
    t--板厚(毫米)
    d--孔徑(毫米)
    p--穿孔率(%)
    kr--聲阻系數kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t
    km--聲質量系數km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t
    其中x=abf,a和b為常數,對于絕熱板a=0.147,b=0.32;對于導熱板a=0.235,b=0.21。聲吸收的角頻帶寬度,近似地由r/m決定,此值越大,吸聲的頻帶越寬。r/m=(l/d2)×(kr/km)(4)
    式中l--常數,對于金屬板l=1140,而隔熱板l=500。上式也可以用式(5)表達:
    r/m=50f((kr/km)/x2)(5)
    而kr/km的近似計算式為:
    kr/km=0.5+0.1x+0.005x2(6)
    利用以上各式就可以從要求的r、m、f求出微穿孔板吸聲結構的x、d、t、p等參量。由于微穿孔板的孔徑很小且稀,基聲阻r值比普通穿孔板大得多,而聲質量m又很小,故吸聲頻帶比普通穿孔板共振吸聲結構大得多,一般性能較好的單層或雙層微穿孔板吸聲結構的吸聲頻帶寬度可以達到6~10個1/3信頻程以上。這就是微穿孔板吸聲結構最大的特點。
    共振時的最大吸聲系數α0為α0=4r/(1+r)2(7)
    具體設計微穿孔板吸聲結構時,可通過計算,也可查圖表,計算結果與實測結果相近。在實際工程中為了擴大吸聲頻帶的寬度,往往采用不同孔徑、不同穿孔率的雙層或多層微穿孔板復合結構。
    二、微穿孔板理論在抗噴阻消聲器設計中的應用
    利用微穿孔板聲學結構設計制造的消聲器種類很多,主要型為抗噴阻型消聲器。該型式消聲器是用不銹鋼穿孔薄板制成,因該九臺消聲器是用于石化單位,空氣腐蝕性比較大,故穿孔板后的空氣層內填裝的吸聲材料為耐腐蝕金屬軟絲布。利用吸聲材料的阻性吸聲原理,進一步達到降噪消聲的作用,
    其吸聲系數高,吸收頻帶寬,壓力損失小,氣流再生噪聲低,且易于控制。為獲得寬頻帶高吸收效果,一般用三級微穿孔板結構。微穿孔板與外殼體之間以及微穿板之間的空腔尺寸大小按需要吸收的頻帶不同而異,低頻腔大(150~200mm),中頻小些(80~120mm),高頻更小些(30~50mm),雙層結構的前腔深度一般應小于后腔,前后腔深度之比不大于1:3,前部接近氣流的一層微穿孔板穿孔率應高于后層,為減小軸向聲傳播的影響,可在微穿孔板消聲器的空腔內每隔500mm左右加一塊橫向隔板。試驗證明,微穿孔板消聲器不論是低頻、中頻、高頻消聲性能實測值比理論估算值要好。且消聲量與流速有關,與消聲器溫升無關,當流速達到70米/秒時,一般其它型式消聲器已無法解決噪聲問題,而微孔型消聲器可承受70m/s氣流速度的沖擊,仍有15dBA以上的消聲器。這也是微孔消聲器優于一般消聲器一個重要特點。
    三、抗噴阻型消聲器特點
    本型式消聲器綜合了微穿孔板最合理的消聲原理設計而成,使高壓蒸汽在消聲器內經一次控流后進入降壓腔擴容后,從而形成低壓蒸汽從小孔噴出,最后經過降壓體外的阻聲罩使降壓體發出的剩余噪聲得到有效的吸收,最終消聲器達35dB(A)以上(一級至三級消聲之間比例為35%,50%,15%)。

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