2008年環保工程師講義之消聲降噪工程(四)
發布時間：2010-01-14 共1頁
三、共振腔式消聲器
1、消聲原理及分類
共振腔消聲器也是抗性消聲器的一種主要形式。它是利用共振吸聲原理進行消聲的，最簡單的共振消聲器是單腔共振消聲器。一個封閉的容積通過一個導管或多個小孔與氣流通道相連，即可組成一個共振系統。孔徑中的空氣柱類似一個活塞，具有一定的聲質量;空腔類似一個彈簧，具有一定的聲順;空氣柱振動時，壁面的摩擦阻尼產生了一定的聲阻，整個系統類似接上一個旁支濾波器。當聲波入射到共振腔口時，因聲阻抗的突然變化，一部分聲能將反射回聲源。同時，在聲波的作用下，孔徑中的空氣柱產生振動，振動時的摩擦阻尼又使一部分聲能轉換為熱能而耗散掉。這樣，有少量聲能輻射出去，從而達到了消聲的目的。
共振腔消聲器按其幾何形狀為：旁支型和同軸型。旁支型是指在管道側壁設置共振結構，同軸型是指在管道的周圍通過很多小孔設置共振結構，在工程上同軸型共振腔消聲器使用更為廣泛。
2、共振腔消聲器消聲量的計算
一般情況下，如果共振腔的孔徑附近沒有阻性聲學材料時，其聲阻很小，在忽略了共振腔的聲阻后，通過聲壓連續和體積速度連續方程，可以計算單腔共振消聲器的傳遞損失。
當聲波波長大于共振腔消聲器的最大尺寸的3倍時，其共振吸收頻率為 ;
或 ;其中 ;對于多孔 式中： -聲速; -孔徑截面積; -共振腔體積; -穿孔板厚度; -小孔直徑; -小孔數量; -傳導率，具有長度量綱的物理量。
引入 -與消聲量有關的無量綱值; -通道截面積。
對于倍頻帶，消聲量為： 對于1/3倍頻帶，消聲量為： 3、共振腔消聲器的設計
在共振腔消聲器中，同軸式共振腔消聲器，即在氣流通道的一定位置上，局部打一定排列的孔與共振腔相連，使用最為廣泛。
按以下步驟進行設計：
(1)根據要消除的主要頻率和所要求的消聲值(倍頻程或1/3倍頻程)確定相應的K值。
(2)確定K值后，按 、 所確定的關系，求出共振腔的體積和傳導率。
(3)在容積和傳導率確定后，即可設計消聲器的具體幾何參數。對于確定的共振容積來說，可以有多種不同的幾何形狀和尺寸;對于同樣的傳導率數值，也可以有多種孔徑、板厚、穿孔數的組合。
設計時的注意事項：
①共振腔的尺寸應小于共振頻率相應波長的1/3，以保證共振腔可以視為集中參數元件。
②穿孔位置應集中共振腔的中部，所占范圍應小于共振頻率波長的1/12。穿孔不能過密或過稀，避免傳導率的降低及聲波的干涉。孔心距應大于或等于孔徑的5倍。
共振腔消聲器的優點是特別適用于低、中頻成分突出的噪聲，且消聲量也比較大，這恰恰是一般阻性消聲器的弱點。其缺點是消除噪聲的有效頻率范圍窄，如果要增加共振結構的聲阻，可以適當擴展有效消聲頻率范圍。在共振腔中增加一些較大的材料，如多孔吸聲材料，或在孔頸處貼薄而透聲的材料，如纖維布等。在實際工程中，也經常采用多節共振腔串聯的方法，把兩個以上不同共振頻率的共振腔串接起來，可以有效地擴展消聲頻率范圍。
四、阻抗復合式消聲器
在實際工程中，常遇到的噪聲多是寬頻帶的，為了在低、中、高頻均獲得較好的消聲效果，可以將阻性、抗性兩種結構的消聲器復合起來使用，使它們取長補短，這種結構的消聲器即常說的阻抗復合式消聲器。
根據不同的消聲原理，結合具體的現場條件及聲源特性，通過不同方式的組合即可設計出不同結構形式的阻抗復合消聲器。一般情況下，抗性部分放在前面(入口端)，阻性部分放在后面，特別對于有脈動氣流存在的場所。
對于阻抗復合式消聲器，可以定性地認為是阻性與抗性在同頻帶內的消聲值疊加，但定量地講，總的消聲值并非是簡單的疊加關系。因為聲波在傳播過程中產生的干涉、反射等聲學現象，以及聲的耦合作用，相互影響，不易確定簡單的定量關系，在實際應用中，還是用實際測量來了解復合消聲器的消聲特性。
有時也可以在某些抗性聲學元件中敷設吸聲材料來提高結構的傳遞損失，例如在擴張室消聲器內部敷設一定厚度的阻性吸聲層。
五、微穿孔板消聲器
微穿孔板消聲器是利用微穿孔板吸聲結構制成的消聲器。在厚度小于1mm的板材(金屬板或其他板材)上，開適量孔徑為1mm左右的微孔，穿孔率一般為1%~3%，在穿孔板后留有一定的空腔，即成為微穿孔板吸聲結構。
微穿孔板吸聲結構是一種高聲阻、低聲質量的吸聲元件。
微穿孔板消聲器的結構形式類似于阻性消聲器，按氣流通道的形狀，可分為直管式、片式、折板式、聲流式等。
微穿孔板消聲器的設計方法與阻性消聲器基本相同，不同之處在于用穿孔板吸聲結構代替了阻性吸聲材料。其消聲量也可參照彼洛夫公式進行計算。在低頻范圍使用時，當聲波的波長大于空腔尺寸時，可用共振式消聲器的消聲量公式計算。
為了保證在寬頻帶有較高的吸聲，一般均采用雙層吸聲結構。在多層時，空腔厚度可以按不同的吸聲頻帶確定。前后兩層空腔的厚度可以相同，也可以不同，接觸氣流的第一層穿孔板率可以適當高于后面一層。
為了防止聲波在空腔內沿管長方向的傳播，可以在適當部位加若干橫向擋板。
微穿孔板消聲器主要有以下一些優點：
(1)空氣動力性能好，適用于要求阻損小的設備。
(2)氣流再生噪聲低，可以允許有較高的氣流速度。
(3)不使用阻性吸聲材料，沒有纖維、粉塵的泄漏，可用于衛生條件要求嚴苛的醫藥、食品等行業。
(4)穿孔板可用普通金屬板制成，也可以用不銹鋼或鋁板制成，或者對板材進行防腐處理，可用于高溫、潮濕、腐蝕或有短暫火焰的環境中。
在選用微穿孔板消聲器時，如果要求阻損小，可以采用直管式;如果阻損要求不太嚴格時，也可考慮采用聲流式或其他形式的消聲器。
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