环保工程师辅导之消声降噪工程(四)

　　三、共振腔式消声器

　　1、消声原理及分类

　　共振腔消声器也是抗性消声器的一种主要形式。它是利用共振吸声原理进行消声的，最简单的共振消声器是单腔共振消声器。一个封闭的容积通过一个导管或多个小孔与气流通道相连，即可组成一个共振系统。孔径中的空气柱类似一个活塞，具有一定的声质量;空腔类似一个弹簧，具有一定的声顺;空气柱振动时，壁面的摩擦阻尼产生了一定的声阻，整个系统类似接上一个旁支滤波器。当声波入射到共振腔口时，因声阻抗的突然变化，一部分声能将反射回声源。同时，在声波的作用下，孔径中的空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼又使一部分声能转换为热能而耗散掉。这样，有少量声能辐射出去，从而达到了消声的目的。

　　共振腔消声器按其几何形状为：旁支型和同轴型。旁支型是指在管道侧壁设置共振结构，同轴型是指在管道的周围通过很多小孔设置共振结构，在工程上同轴型共振腔消声器使用更为广泛。

　　2、共振腔消声器消声量的计算

　　一般情况下，如果共振腔的孔径附近没有阻性声学材料时，其声阻很小，在忽略了共振腔的声阻后，通过声压连续和体积速度连续方程，可以计算单腔共振消声器的传递损失。

　　当声波波长大于共振腔消声器的最大尺寸的3倍时，其共振吸收频率为 ;

　　或 ;其中 ;对于多孔 式中： -声速; -孔径截面积; -共振腔体积; -穿孔板厚度; -小孔直径; -小孔数量; -传导率，具有长度量纲的物理量。

　　引入 -与消声量有关的无量纲值; -通道截面积。

　　对于倍频带，消声量为： 对于1/3倍频带，消声量为： 3、共振腔消声器的设计

　　在共振腔消声器中，同轴式共振腔消声器，即在气流通道的一定位置上，局部打一定排列的孔与共振腔相连，使用最为广泛。

　　按以下步骤进行设计：

　　(1)根据要消除的主要频率和所要求的消声值(倍频程或1/3倍频程)确定相应的K值。

　　(2)确定K值后，按 、 所确定的关系，求出共振腔的体积和传导率。

　　(3)在容积和传导率确定后，即可设计消声器的具体几何参数。对于确定的共振容积来说，可以有多种不同的几何形状和尺寸;对于同样的传导率数值，也可以有多种孔径、板厚、穿孔数的组合。

　　设计时的注意事项：

　　①共振腔的尺寸应小于共振频率相应波长的1/3，以保证共振腔可以视为集中参数元件。

　　②穿孔位置应集中共振腔的中部，所占范围应小于共振频率波长的1/12。穿孔不能过密或过稀，避免传导率的降低及声波的干涉。孔心距应大于或等于孔径的5倍。

　　共振腔消声器的优点是特别适用于低、中频成分突出的噪声，且消声量也比较大，这恰恰是一般阻性消声器的弱点。其缺点是消除噪声的有效频率范围窄，如果要增加共振结构的声阻，可以适当扩展有效消声频率范围。在共振腔中增加一些较大的材料，如多孔吸声材料，或在孔颈处贴薄而透声的材料，如纤维布等。在实际工程中，也经常采用多节共振腔串联的方法，把两个以上不同共振频率的共振腔串接起来，可以有效地扩展消声频率范围。

　　四、阻抗复合式消声器

　　在实际工程中，常遇到的噪声多是宽频带的，为了在低、中、高频均获得较好的消声效果，可以将阻性、抗性两种结构的消声器复合起来使用，使它们取长补短，这种结构的消声器即常说的阻抗复合式消声器。

　　根据不同的消声原理，结合具体的现场条件及声源特性，通过不同方式的组合即可设计出不同结构形式的阻抗复合消声器。一般情况下，抗性部分放在前面(入口端)，阻性部分放在后面，特别对于有脉动气流存在的场所。

　　对于阻抗复合式消声器，可以定性地认为是阻性与抗性在同频带内的消声值叠加，但定量地讲，总的消声值并非是简单的叠加关系。因为声波在传播过程中产生的干涉、反射等声学现象，以及声的耦合作用，相互影响，不易确定简单的定量关系，在实际应用中，还是用实际测量来了解复合消声器的消声特性。

　　有时也可以在某些抗性声学元件中敷设吸声材料来提高结构的传递损失，例如在扩张室消声器内部敷设一定厚度的阻性吸声层。

　　五、微穿孔板消声器

　　微穿孔板消声器是利用微穿孔板吸声结构制成的消声器。在厚度小于1mm的板材(金属板或其他板材)上，开适量孔径为1mm左右的微孔，穿孔率一般为1%~3%，在穿孔板后留有一定的空腔，即成为微穿孔板吸声结构。

　　微穿孔板吸声结构是一种高声阻、低声质量的吸声元件。

　　微穿孔板消声器的结构形式类似于阻性消声器，按气流通道的形状，可分为直管式、片式、折板式、声流式等。

　　微穿孔板消声器的设计方法与阻性消声器基本相同，不同之处在于用穿孔板吸声结构代替了阻性吸声材料。其消声量也可参照彼洛夫公式进行计算。在低频范围使用时，当声波的波长大于空腔尺寸时，可用共振式消声器的消声量公式计算。

　　为了保证在宽频带有较高的吸声，一般均采用双层吸声结构。在多层时，空腔厚度可以按不同的吸声频带确定。前后两层空腔的厚度可以相同，也可以不同，接触气流的第一层穿孔板率可以适当高于后面一层。

　　为了防止声波在空腔内沿管长方向的传播，可以在适当部位加若干横向挡板。

　　微穿孔板消声器主要有以下一些优点：

　　(1)空气动力性能好，适用于要求阻损小的设备。

　　(2)气流再生噪声低，可以允许有较高的气流速度。

　　(3)不使用阻性吸声材料，没有纤维、粉尘的泄漏，可用于卫生条件要求严苛的医药、食品等行业。

　　(4)穿孔板可用普通金属板制成，也可以用不锈钢或铝板制成，或者对板材进行防腐处理，可用于高温、潮湿、腐蚀或有短暂火焰的环境中。

　　在选用微穿孔板消声器时，如果要求阻损小，可以采用直管式;如果阻损要求不太严格时，也可考虑采用声流式或其他形式的消声器。

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