2008年环保工程师讲义之消声降噪工程(三)

　　二、扩张室消声器

　　扩张室消声器是抗性消声器的主要形式之一。抗性消声器和阻性消声器不同，它不使用吸声材料，而是利用各种不同形状的管道、腔和室进行适当的组合，提供管道系统的阻抗失配，使声波产生反射或干涉现象，从而降低由消声器向外辐射的声能。抗性消声器的性能和管道结构形状有关，一般选择性较强，适用于窄带噪声和低、中频噪声的控制。

　　1、消声原理及分类

　　扩张室消声抗性消声器最常用的结构形式，也称膨胀式消声器。其主要消声原理是：利用管道的截面突变引起声阻抗变化，使得一部分沿管道传播的声波反射回声源;同时，通过腔、室和内接管长度的变化，使得向前传播的声波与在不同管截面上的反射波之间产生 的相位差，相互干涉，从而达到消声的目的。

　　按其通道的结构形式，扩张室消声器可分为单腔式、孔形式、锥形式、带外连接管的双节式、带内连接管的双节式五种基本形式。

　　2、扩张室消声器消声量的计算

　　(1)单腔扩张室消声器

　　如果只考虑扩张室本身的特性，单腔扩张室消声器的传递损失可以采用下式计算：

　　式中： ―扩张室长度,m; ―扩张比， ; ―扩张室截面积,m2 ; ―进气管截面积,m2 ; ―出气管截面积,m2 ; ―波数， 。

　　多数情况下，扩张室消声器的进、出气口管径是一样的， 。消声量表达式为：

　　图5-2-48给出的是不同 值的单节扩张室消声器传递损失曲线。传递损失是一个周期性函数。当 时，消声量为最大值，此时，上式可写成： 由 和 可以计算出消声器的最大消声频率和通过频率(无衰减)

　　为了消除某一特定频率的噪声可适当选择扩张室的长度，以使消声器在该频率上有最大消声量。

　　(2)外连接管双腔扩张室消声器

　　为了改进扩张室消声器的性能，经常把两节扩张室消声器用一定长度的连接管联结起来。带外连接管的双腔扩张室消声器的传递损失为; (3)内连接管双腔扩张室消声器

　　内连接管双腔扩张室消声器的传递损失为： (4)孔形扩张室消声器

　　孔形扩张室消声器的传递损失可按下式计算： (5)锥形式扩张室消声器

　　在有些情况，不允许使用管道横截面突然收缩和膨胀的消声器，可以使用锥形过渡管室，它的原理和一般扩张室消声器相同。传递损失按图5-2-52计算。

　　3、扩张室消声器的设计

　　(1)消声器基本结构的选择

　　单腔扩张室在实际应用中比较少，为了在较宽的频率范围内有较好的消声效果，通常把多节不同的扩张室消声器用不同长度的插入管串联起来。多节组合的扩张室消声器的传递损失，可以先分别计算各单腔扩张室消声器的传递损失，再进行算术叠加。当然，由于各个扩张室之间存在耦合现象，总的消声量并不等于算术叠加值，但作为定性还可以采用。

　　通过多节扩张室的串联组合，可以改善整个消声频率特性，同时还可以提高总的消声量。

　　由于消声器通道截面的突然扩张和收缩，将会增大扩张室消声器的阻力损失，为了改善其空气动力性能，常借助穿孔管将扩张室的插入管连接起来。

　　在实际应用设计中，有时为了减少体积，把多个扩张室消声器单元，通过串联和并联等方式，合理的组合，满足声学指标和空气动力性能指标。

　　(2)上、下限截止频率的控制

　　扩张室消声器的消声量随着扩张比的增大而增加，为获得较大的消声量就要增大扩张比。可以通过两个途径达到目的：一是增加扩张室的截面积，二是缩小进、排气管的口径。而后者将受到流速、压力损失等因素的限制，对于前者也不能无限度地增大。基于平面波理论，当扩张室的横截面积过大时，波长很短的高频声波以窄声束形式从消声器通道中部通过，类似阻性消声器的高频失效频率那样，将导致消声量急剧下降。扩张室消声器的上限截止频率可用下式计算： 式中： ――声速，m/s;D――扩张室直径(对于面积为S的矩形截面 )，m。

　　扩张室的截面积越大，消声上限截止频率越低，即消声器的有效消声频率范围越窄。因此，扩张比不能盲目地选择太大，要兼顾消声量和消声频率两个方面。

　　为了解决上限截止频率的影响，可以用一组并联的小通道代替一个大通道，在每个小通道上设计安装消声器，这样即可在有足够扩张比的条件下，使扩张室截面不致过大，从而在较宽的频率范围内有较大的消声量。此外，也可以错开扩张室进、出口管的轴线。

　　在低频范围，外来声波的频率与扩张室和连接管构成的声-振系统的共振频率相近时，会使声音放大。扩张室消声器还存在一个下限截止频率。 式中： ―连接管的截面积,m2; ―扩张室容积,m3 ; ―连接管的长度,m; ―声速, m/s。

　　(3)扩张室消声器的设计程序

　　①根据声源的频谱特性，合理地选择最大消声频率，并以此来确定各个扩张室及其插入管的长度。

　　②根据所需的消声量，确定消声器的扩张比m，给出扩张室截面的几何参数。

　　③对所设计的消声器结构，进行上、下限截止频率的验算，判定其是否在所需消声频率范围之外，如果是在所需范围之内，则应重新修改设计方案。

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