空气动力性噪声和消声.docx

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空气动力性噪声和消声

空气动力性噪声和消声器

一、空气动力性噪声特性

1．气流噪声产生机理

定义：

气流之间相互作用或气流和固体相互作用产生的噪声。

要素：

相互运动----质量----作用力

例如：

运动气流之间相互作用：

气流再生噪声；

运动气流和静止固体之间相互作用：

喘流噪声；

运动气流和静止大气之间相互作用：

射流噪声；

运动固体和静止大气之间相互作用：

旋转噪声；

特例：

运动气流或载有声波的静止空气介质可能激发封闭或半封闭空气介质共振。

本质不是气流噪声，但是往往叠加在一起，难以识别。

关键：

确定气流噪声产生的原因和种类，找到降低噪声的方法。

2．气流噪声的模型和影响因素

Ligthill理论：

W≈κρVnA/cm

V—气流速度；

C—声速；

A--作用因子。

Ligthill理论的贡献是把喘流噪声、射流噪声、旋转噪声等统一在一个理论上。

N=4:

单极子声源，脉动气流噪声、旋转噪声等；

N=6:

偶极子声源，喘流噪声等；

N=8:

射流噪声等；

3．气流噪声主要类型

（1）旋转噪声（也称风扇噪声）

旋转物体周期性作用空气介质产生：

f0=nZ/60

式中：

n----风扇转数，Z------叶片数。

离散性噪声和有调噪声：

2f0,3f0,------------------------

LW=10logQ+20logP+K

式中：

Q-------流量，m3/h;P----风压，Pa;K----比声功率级，和风扇（包括叶片、蜗壳等）结构设计有关。

降低风扇噪声主要方法：

①根据风量、风压需要，合理选择风机参数，降低叶片尖部线速度，工况选在风扇最高效率点。

②合理选择叶片形状和蜗壳结构。

③提高运动部件平衡精度，增加壳体阻尼。

④进排风道增加吸声材料和消声器。

（2）喘流噪声

f=shu/d

式中：

sh------斯脱哈罗常数，0.14---0.20之间，

u------气流速度，

d-------运动物体在速度平面上的投影。

连续谱噪声，声功率和气流速度的6次方成正比。

（3）射流噪声

一般为高频噪声,带有不很突出峰值的连续谱噪声，声功率和气流速度的8次方成正比。

（4）气流脉动噪声

典型的气流脉动噪声是有压缩机激发管道和空气产生的噪声。

防止管道共振的设计：

设进排气管中的压力脉动为△P0，往返进排气管一次的时间为：

τ=2L/C

式中：

L---进排气管长；C----声速。

当压缩机进排气周期和2τ时，脉动压力明显增加为：

△P=[（1+R2）/（1-R2）]△P0

当压缩机进排气周期和2nτ时，脉动压力明显增加为：

△P=[（1+Rn）/（1-Rn）]△P0

当共振产生时，压缩机噪声明显增加。

二、消声器测试评价方法

消声器测量评价方法虽然多年以来就进行很多研究工作，但仅在近几年才形成为标准化和系列化的方法，包括试验室测量方法、现场测量方法和无气流静态测量方法（表1）。

试验室测量方法可以准确地测量一定气流速度、温度和压力条件的倍频带或1/3倍频带的插入损失（DIL）、总压力损失（△P）和气流再生噪声（LW）,通常具有较好的试验结果再现性。

但其缺点是对于某些消声器，很难模拟现场的高温、高压、高速气流和声源阻抗，因而造成和实际应用效果之间的测量误差。

无气流静态方法适合小型消声器和消声器模型消声特性的研究开发，测量评价量是倍频程或1/3倍频程插入损失（DIL）和A计权插入损失。

现场测量方法由于声源阻抗、气流状态和实际一致，其测量和实际工程效果有较好一致性。

各类消声器，包括放空排气消声器、内燃机消声器等，均可找到合适的现场测试条件。

但对消声器的空气动力性能、气流再生噪声测量，该方法却往往不能胜任。

在上述系列标准的基础上，还有一些专业性消声器试验标准，例如汽车、内燃机、气动工具等消声器试验方法。

1．消声器插入损失

2．

L=Lb–La

式中：

Lb---安装消声器前测点的声压级或声功率级；

La---安装消声器后测点的声压级或声功率级；

消声器插入损失测量

2．消声器传递损失

TL=Lwb-Lwa

式中：

Lwb---消声器前入射声功率级；

Lwa---消声器后透射声功率级；

消声器传递损失测量

表1消声器评价方法

评价方法

评价量

适用范围

参考标准

试验室方法

DIL△P、LW

消声器的质量评价，特别适于长温、长压、低速通风消声器

ISO7235

现场方法

DIL、DTL

各类消声器的现场应用效果评价

ISO11820

无气流静态方法

DIL

消声器的声学特性研究

ISO11691

消声器无气流静态实验装置

消声器台架风洞实验

三、消声器概述

1．消声器分类

消声器是容许气正常通过，又降低噪声传播和辐射的装置。

消声器分为：

（1）阻性消声器采用阻性吸声材料，降低气流噪声。

（2）抗性消声器采用气流管道阻抗变化，反射和消耗声能。

（3）扩散型消声器

通过节流降低压力和流速，控制噪声。

2．消声器基本要求

声学要求

空气动力要求

结构要求

外型要求

经济性

四、抗性消声器的理论和计算

1.扩张室消声器

不同类型扩张室消声器

单节扩张室消声器的传递损失：

LTL=10log[1+0.25（m-1/m）2sinkL2]

式中：

L---扩张室长度，m----膨胀比，k----波数。

当f=0.25（2n+1）c/L时：

消声量最大，

LTL=10log[1+0.25（m-1/m）2]

当f=nc/2L时：

消声量最小，

LTL=0

（2）锥型扩张室消声器

Ls/λ

m=S2/S1;

（3）孔型扩张室消声器

LTL=1010log[1+（ks/4a）2]

式中：

k-----波数，s-----消声器横截面积，a--孔的半径。

（4）多节扩张室消声器

频率（赫兹）

２．共振式消声器

共振穿孔管消声器

不同类型共振式消声器

1．旁支共振腔消声器

共振频率f0=c/2π[πa2/V（t+1.6a）]1/2

式中：

c-----声速；

TL=10log[1+（GV/4S2）/（f/f0-f0/f）2]

式中：

G=πa2/V（t+1.6a），孔的传导率。

频率比f/f0

2．孔式旁支共振消声器

TL=10log[1+（πa2/2kl0+1.6a）2]

kl0S/πa2

3开管式旁支消声器

TL=10log[1+0.25ctg（kL）]

式中：

L=L0+1.6a；

k------波数。

3．闭管式旁支消声器

TL=10log[1+0.25tg（kL）]

式中：

L=L0+1.6a；

k------波数。

5．阻塞式多孔管消声器

TL=10log[1+（8πP/1+3P*V/V0）2]

式中：

P=P0/PA2

P0-----消声器内平均压强；

PA---------大气压强；

V----消声器容积；

V0-----汽缸容积。