阻性片式折角消声器分析_林嘉祥

阻性片式折角消声器分析

文章编号:1006-1355(2010)01-0109-03

109

阻性片式折角消声器分析

林嘉祥

(厦门嘉达声学技术工程有限公司,福建厦门 361009)

摘 要:借用消声弯头的概念及特点,对片式消声器增加折角段,将具有吸收中、高频噪声的阻性片与具有吸收低频噪声消声的膨胀室性质的折角结构共同应用在消声器中。它的片式吸声的间距、片数、片厚、片式吸声体的规格系根据消声器的截面积、流经风量、风速确定的。片式吸声体结构的大小、长度及与折角结构的组合可根据工程现场的条件灵活调整,片式吸声体与折角结构组合的个数及顺序均可形成不同的组合。

关键词:声学;高频失效、折角结构、消声膨胀区、插入损失量

中图分类号:TK413.4+7 文献标识码:A

DOI编码:10.3969/.jissn.1006-1355.2010.01.109

AnalysisofImpedanceChipMufflerwithElbowPortions

LINJia-xiang

(XiamenJiadaAcousticTechnologyEngineeringCo.,Ltd,XiamenFujian361008,China) Abstract:Inengineeringapplication,theimpedancemufflerhastheproblemoffailureinhigh-fre-quenciesandpooreffectofsilencingforlowfrequencies.Thispaperprovidesanapproachforsolvingtheproblem.Usingthecharacteristicsofthesilencingelbow,thefunctionofthemufflercanbeimprovedbyaddingelbowportionstotheimpedancechipmuffler.Thiskindofmufflershasboththefunctionstoab-sorbthehighfrequencynoiseduetotheimpedancechipsilencerandtoabsorblow-frequencynoiseduetotheelbowstructure.Thespacing,numberandthicknessofthechipsandthetypeofsound-absorptionbodycanbedeterminedaccordingtothecross-sectionalarea,windflowfluxandwindspeedofthemu-ffler.Andthesize,lengthandtheelbowstructurecanalsobeadjustedaccordingtoengineeringrequire-ments.

Keywords:insertionloss

消声器是一种既能允许气流顺利通过,又能减弱声能向外传播的声学装置。它在噪声控制工程上有着广泛的应用,它的种类和形式也多种多样。根据在工程项目中的体会,提出一种即能保留阻性消声器的优点,又尽可能避免高频失效、低频消声效果较差的问题,称之为/阻性片式折角消声器0。该消声器的消声频段较宽,并能根据工程上的实际情况灵活组合运用。

acoustics;

high-frequencyfailure;

elbow

structure;silencerexpansionarea;

1 阻性片式消声器

阻性片式消声器利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定方式排列在管道中,就构成消声器。声波在进入吸声材料中时,一部分声能折射回气流通道,一部分声能在多孔吸声材料的孔隙中,由于材料小孔中的空气与孔壁间的摩擦而转化为热能耗散。声波遇到的具有隔声功能的消声器外壳,一小部分声能折射穿越外壳,大部分声能发生反射返回片式吸声材料中,再使一

收稿日期:2009-04-07;修改日期:2009-04-15控制。l

ijdcom

部分声能转化为热能耗散,并穿越片式折板中的通道(新的声场媒介),由此再进一步进入片式吸声材料中。无规则入射的声波经过具有隔声功能的消

作者简介:林嘉祥(1954-)男,福建厦门人,研究方向:噪声振动

2010年2月噪 声 与 振 动 控 制

$L1=nf@7(A0)@P@IAS

式中:A0)吸声板的吸声系数;

第1期

声器外壳的约束,会形成相对的平面波。在消声器内部,声波的反射形成的混响声能逐渐形成,在片式吸声材料中被转化为热能耗散的声能也逐步增加。由于声源不断从进风口进入消声器,经多次衰减的声波从消声器的出气口散发。

阻性消声器消声量取决于消声器片式吸声材料的吸声性能、片式吸声材料与声波的有效接触面积、片式吸声材料相互间的间隔、气流通道的截面积、进气口至出气口的距离。消声器插片越多,片式吸声材料与声波的有效接触面积增大,会增加声波连续通过片间通道内的反射次数,增加消声量。

阻性片式消声器按多通道片式的消声量为

(1)

7(A0))根据A0所确定的消声系数;nf)随频率不同的消声系数的常数项;P)消声器通道断面的有效周长m;I)阻性消声插片的有效距离m;S)消声器通道横截面面积m。消声弯头的噪声插入损失量为

$L2=LW1@A0

式中:A0)吸声片的吸声系数;

LW1)消声器进口处声功率级。阻性片式折角消声器的噪声插入损失量

LR=$L1+$L2

式中:$L1)阻性片式消声器的消声量dB;

$L2)消声弯头的消声量dB。

由于消声折角二边的片式吸声材料的不连贯性会形成新的声场媒介,声波的不断进出声场媒介,会产生再次折射,使消声器的消声性得到进一步改善。所以,阻性片式折角消声器的噪声插入损失量会大于阻性片式消声器和消声折角的迭加。

(3)(2)

2

2 消声折角

阻性片式消声器对中、高频噪声有较好的消声效果,但是,对于一定截面积的消声器,当噪声频率达到一定值时,部分沿轴向直线传播声波会在气流通道中形成/声束0,很少与通道内壁的片式吸声材料接触,消声量大大降低。这种现象称之谓高频失效,该频率即所谓上限失效频率。失效频率与片式吸声材料相互间的间隔密切相关。消声弯头是与空调工程配套的性能良好的消声器,衬有吸声材料的折角,使那些平面波/声束0不可以直线通过,可以杜绝高频失效。在消声折角内不设置插片,形成较大体积的空腔区(或称为消声膨胀区),空腔区的存在使低频声能在空腔区里不断折射,通过折角空腔区的声能将被加快吸收,如增加折角拐弯处的吸声材料厚度,使衬在弯头背面的吸声材料更加有效地吸收非平面波。消声折角通道内壁的吸声材料的后面部分能吸收更多低频段为主的噪声。

4 消声插片吸声材料的选择

只要是有足够的吸声系数,能够符合设计的机械强度要求,满足温度、湿度、挥发物质及环保要求的吸声材料均可作为吸声插片材料使用。

离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能,同时价格低廉。影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度和空气流阻等。厚度增加,中低频吸声系数显著地增加,但高频变化不大(高频吸收总是较大的);厚度不变,密度增加,中低频吸声系数亦增加。使用高密度的离心玻璃棉,可提高中低频吸声系数,提高离心玻璃棉片材的机械强度,为防止玻璃棉纤维洒出在其表面进行一定的强化处理的吸声插片是具有价廉物美的优势。吸声插片的成型安装方便快捷,成本低。

3 阻性片式折角消声器的消声量

阻性片式折角消声器的消声量按多通道片式的消声量及消声折角的噪声衰减量分别计算后相加。在通道内气流速度u

阻性片式折角消声器的阻损大于片式消声器的阻损。根据消声器的折板造型,局部阻力损失系数F较大。阻损增大意味着消声器动力性能变差。消声通道内气流速度过大会产生气流再生噪声,会导致消声器消声功能减少甚至于失效。因此,消声通道内气流速度不宜过快,阻性片式消声器的消声.5

阻性片式折角消声器分析

上,以减少消声通道的气流速度。

消声通道的气流流速为

M=VAS (m/s)

式中:V)所需空气量m/s;

阻性片式消声器沿程的摩擦压力损失为

$Hm=

(hm@K@M@Q@L)A(4Rs@2)式中:hm)比摩阻mm/mH2O;

L)消声器通道有效长度m;Q0)气体的密度kg/m;

M)消声通道气体的平均流速m/s;

Rs)消声器单通道的流体半径m。摩擦阻力系数为

K=1.42A(Re@4@RsAK)

式中:a、b)消声通截面积的边长m;

K)阻性片壁粗糙度mm;

Re)阻性片壁粗糙度(K:mm)对摩擦阻力的修正系数。(上接第98页)

由图4观察可知,本文所采用的算法与全带自适应滤波器相比,输出误差没有全带自适应效果

好,但其收敛速度快,从滤波的效果上看,效果相差不大,但其计算量大大减少,同时其收敛速度也提高了很多。从而也证明了这种算法的有效性。参考文献:

[1]王宏禹,邱天霜.自适应噪声抵消与时间延迟估计

[M].大连:大连理工大学出版社1999.8.[2]RiittaNiemisto,IoanTabus.Signaladaptivesubbandde-compositionforadaptivenoisecancellation[C].

ECCTDp01-EuropeanConferenceonCircuitTheoryandDesign,August28-31,2001,Espoo,Finland.

2

2

3

2

3

111

2

消声折角局部压力损失为

$HF=(F@Q0@M)Ade@2(Pa)

(4)

式中:F)局部阻力损失系数;

Q0)气体的密度kg/m;de)消声器单通道等效直径m。

(5)

3

(8)

6 结 语

阻性片式折角消声器既可消除来自声源的噪声,又可使消声器拐弯转向,此特点决定了它具有较广的使用范围。可根据噪声控制要求,确定消声折角角度及与阻性片式消声器的组合方式及各自

长度、个数,灵活根据施工现场条件布置消声器。

(6)(7)

参考文献:

[1]高红武.噪声控制工程[M].武汉:武汉理工大学出版

社,2003,112-116.[2]胡传鼎.通风除尘设备设计手册[M].北京:化学工业

出版社,2003,23-27.

[3]马大猷,沈 豪.声学手册[M].北京:科学出版

社,2004.

Rs=(a@b)A2(a+b) (m)

[3]KoenEneman,MarcMoonen.ARelationbetweensubband

andfrequency-domainadaptivefiltering[C].Departe-mentElektrotechniekESAT-SISTA/TR,1997-23.[4]WHChin,BFarhangBoroujeny.Subbandadaptivefilte-ringwithrea-lvaluedsubbandsignalsforacousticecho

cancellation[J].IEEProc.-Vis.ImageSignalProcess,2001,148(4).

[5]MalteSandrock,StefanSchmitt.Realizationofanadaptive

algorithmwithsubbandfilteringapproachforacousticechocancellationintelecommunicationapplications[C].DSPecialistsGmbH,D-10245Berlin,Germany,2001.[6]S.Vitale,G.Heinze,leta.lRecommendationforana-l

gorithmforpowerspectraldensityestimationforLISApathfinder[N].September,2006,22.

[7]张 威,王 旭,等.基于小波变换的子带自适应滤波

算法及仿真[J].系统仿真学报,2006,18(4).

(上接第108页)

3 结 语

由实验结果与分析可得出如下结论:

(1)随着65Mn金属橡胶密度的增加,软特性段刚度增加,但疲劳寿命趋于缩短,且疲劳阶段刚度下降更快。

(2)随着金属橡胶密度的增加,金属橡胶的静态、动态损耗因子减小,疲劳寿命下降。

(3)测试出小丝径65Mn金属橡胶的位移-寿命疲劳曲线,符合疲劳的一般规律。

参考文献:

[1]赵 程,贺跃进,张 恒.金属橡胶的应用研究[J].噪

声与振动控制,2006年,(5):45-47,73.

[2]夏宇宏,姜洪源,李瑰贤,等.0Cr18Ni9Ti金属橡胶多孔

材料的气体渗透性[J].功能材料,2004,(2):267-270.

[3]赵 程,张 军,张 恒.金属橡胶/硅橡胶复合阻尼材

料疲劳性能研究[J].噪声与振动控制,2009,(29)4.[4]赵 程,张 军,张 恒.金属橡胶/硅橡胶复合阻尼材

料的研究[J].噪声与振动控制,2009,29(2).

阻性片式折角消声器分析

文章编号:1006-1355(2010)01-0109-03

109

阻性片式折角消声器分析

林嘉祥

(厦门嘉达声学技术工程有限公司,福建厦门 361009)

摘 要:借用消声弯头的概念及特点,对片式消声器增加折角段,将具有吸收中、高频噪声的阻性片与具有吸收低频噪声消声的膨胀室性质的折角结构共同应用在消声器中。它的片式吸声的间距、片数、片厚、片式吸声体的规格系根据消声器的截面积、流经风量、风速确定的。片式吸声体结构的大小、长度及与折角结构的组合可根据工程现场的条件灵活调整,片式吸声体与折角结构组合的个数及顺序均可形成不同的组合。

关键词:声学;高频失效、折角结构、消声膨胀区、插入损失量

中图分类号:TK413.4+7 文献标识码:A

DOI编码:10.3969/.jissn.1006-1355.2010.01.109

AnalysisofImpedanceChipMufflerwithElbowPortions

LINJia-xiang

(XiamenJiadaAcousticTechnologyEngineeringCo.,Ltd,XiamenFujian361008,China) Abstract:Inengineeringapplication,theimpedancemufflerhastheproblemoffailureinhigh-fre-quenciesandpooreffectofsilencingforlowfrequencies.Thispaperprovidesanapproachforsolvingtheproblem.Usingthecharacteristicsofthesilencingelbow,thefunctionofthemufflercanbeimprovedbyaddingelbowportionstotheimpedancechipmuffler.Thiskindofmufflershasboththefunctionstoab-sorbthehighfrequencynoiseduetotheimpedancechipsilencerandtoabsorblow-frequencynoiseduetotheelbowstructure.Thespacing,numberandthicknessofthechipsandthetypeofsound-absorptionbodycanbedeterminedaccordingtothecross-sectionalarea,windflowfluxandwindspeedofthemu-ffler.Andthesize,lengthandtheelbowstructurecanalsobeadjustedaccordingtoengineeringrequire-ments.

Keywords:insertionloss

消声器是一种既能允许气流顺利通过,又能减弱声能向外传播的声学装置。它在噪声控制工程上有着广泛的应用,它的种类和形式也多种多样。根据在工程项目中的体会,提出一种即能保留阻性消声器的优点,又尽可能避免高频失效、低频消声效果较差的问题,称之为/阻性片式折角消声器0。该消声器的消声频段较宽,并能根据工程上的实际情况灵活组合运用。

acoustics;

high-frequencyfailure;

elbow

structure;silencerexpansionarea;

1 阻性片式消声器

阻性片式消声器利用吸声材料消声。把吸声材料固定在气流通道内壁或按一定方式排列在管道中,就构成消声器。声波在进入吸声材料中时,一部分声能折射回气流通道,一部分声能在多孔吸声材料的孔隙中,由于材料小孔中的空气与孔壁间的摩擦而转化为热能耗散。声波遇到的具有隔声功能的消声器外壳,一小部分声能折射穿越外壳,大部分声能发生反射返回片式吸声材料中,再使一

收稿日期:2009-04-07;修改日期:2009-04-15控制。l

ijdcom

部分声能转化为热能耗散,并穿越片式折板中的通道(新的声场媒介),由此再进一步进入片式吸声材料中。无规则入射的声波经过具有隔声功能的消

作者简介:林嘉祥(1954-)男,福建厦门人,研究方向:噪声振动

2010年2月噪 声 与 振 动 控 制

$L1=nf@7(A0)@P@IAS

式中:A0)吸声板的吸声系数;

第1期

声器外壳的约束,会形成相对的平面波。在消声器内部,声波的反射形成的混响声能逐渐形成,在片式吸声材料中被转化为热能耗散的声能也逐步增加。由于声源不断从进风口进入消声器,经多次衰减的声波从消声器的出气口散发。

阻性消声器消声量取决于消声器片式吸声材料的吸声性能、片式吸声材料与声波的有效接触面积、片式吸声材料相互间的间隔、气流通道的截面积、进气口至出气口的距离。消声器插片越多,片式吸声材料与声波的有效接触面积增大,会增加声波连续通过片间通道内的反射次数,增加消声量。

阻性片式消声器按多通道片式的消声量为

(1)

7(A0))根据A0所确定的消声系数;nf)随频率不同的消声系数的常数项;P)消声器通道断面的有效周长m;I)阻性消声插片的有效距离m;S)消声器通道横截面面积m。消声弯头的噪声插入损失量为

$L2=LW1@A0

式中:A0)吸声片的吸声系数;

LW1)消声器进口处声功率级。阻性片式折角消声器的噪声插入损失量

LR=$L1+$L2

式中:$L1)阻性片式消声器的消声量dB;

$L2)消声弯头的消声量dB。

由于消声折角二边的片式吸声材料的不连贯性会形成新的声场媒介,声波的不断进出声场媒介,会产生再次折射,使消声器的消声性得到进一步改善。所以,阻性片式折角消声器的噪声插入损失量会大于阻性片式消声器和消声折角的迭加。

(3)(2)

2

2 消声折角

阻性片式消声器对中、高频噪声有较好的消声效果,但是,对于一定截面积的消声器,当噪声频率达到一定值时,部分沿轴向直线传播声波会在气流通道中形成/声束0,很少与通道内壁的片式吸声材料接触,消声量大大降低。这种现象称之谓高频失效,该频率即所谓上限失效频率。失效频率与片式吸声材料相互间的间隔密切相关。消声弯头是与空调工程配套的性能良好的消声器,衬有吸声材料的折角,使那些平面波/声束0不可以直线通过,可以杜绝高频失效。在消声折角内不设置插片,形成较大体积的空腔区(或称为消声膨胀区),空腔区的存在使低频声能在空腔区里不断折射,通过折角空腔区的声能将被加快吸收,如增加折角拐弯处的吸声材料厚度,使衬在弯头背面的吸声材料更加有效地吸收非平面波。消声折角通道内壁的吸声材料的后面部分能吸收更多低频段为主的噪声。

4 消声插片吸声材料的选择

只要是有足够的吸声系数,能够符合设计的机械强度要求,满足温度、湿度、挥发物质及环保要求的吸声材料均可作为吸声插片材料使用。

离心玻璃棉对声音中高频有较好的吸声性能,同时价格低廉。影响离心玻璃棉吸声性能的主要因素是厚度、密度和空气流阻等。厚度增加,中低频吸声系数显著地增加,但高频变化不大(高频吸收总是较大的);厚度不变,密度增加,中低频吸声系数亦增加。使用高密度的离心玻璃棉,可提高中低频吸声系数,提高离心玻璃棉片材的机械强度,为防止玻璃棉纤维洒出在其表面进行一定的强化处理的吸声插片是具有价廉物美的优势。吸声插片的成型安装方便快捷,成本低。

3 阻性片式折角消声器的消声量

阻性片式折角消声器的消声量按多通道片式的消声量及消声折角的噪声衰减量分别计算后相加。在通道内气流速度u

阻性片式折角消声器的阻损大于片式消声器的阻损。根据消声器的折板造型,局部阻力损失系数F较大。阻损增大意味着消声器动力性能变差。消声通道内气流速度过大会产生气流再生噪声,会导致消声器消声功能减少甚至于失效。因此,消声通道内气流速度不宜过快,阻性片式消声器的消声.5

阻性片式折角消声器分析

上,以减少消声通道的气流速度。

消声通道的气流流速为

M=VAS (m/s)

式中:V)所需空气量m/s;

阻性片式消声器沿程的摩擦压力损失为

$Hm=

(hm@K@M@Q@L)A(4Rs@2)式中:hm)比摩阻mm/mH2O;

L)消声器通道有效长度m;Q0)气体的密度kg/m;

M)消声通道气体的平均流速m/s;

Rs)消声器单通道的流体半径m。摩擦阻力系数为

K=1.42A(Re@4@RsAK)

式中:a、b)消声通截面积的边长m;

K)阻性片壁粗糙度mm;

Re)阻性片壁粗糙度(K:mm)对摩擦阻力的修正系数。(上接第98页)

由图4观察可知,本文所采用的算法与全带自适应滤波器相比,输出误差没有全带自适应效果

好,但其收敛速度快,从滤波的效果上看,效果相差不大,但其计算量大大减少,同时其收敛速度也提高了很多。从而也证明了这种算法的有效性。参考文献:

[1]王宏禹,邱天霜.自适应噪声抵消与时间延迟估计

[M].大连:大连理工大学出版社1999.8.[2]RiittaNiemisto,IoanTabus.Signaladaptivesubbandde-compositionforadaptivenoisecancellation[C].

ECCTDp01-EuropeanConferenceonCircuitTheoryandDesign,August28-31,2001,Espoo,Finland.

2

2

3

2

3

111

2

消声折角局部压力损失为

$HF=(F@Q0@M)Ade@2(Pa)

(4)

式中:F)局部阻力损失系数;

Q0)气体的密度kg/m;de)消声器单通道等效直径m。

(5)

3

(8)

6 结 语

阻性片式折角消声器既可消除来自声源的噪声,又可使消声器拐弯转向,此特点决定了它具有较广的使用范围。可根据噪声控制要求,确定消声折角角度及与阻性片式消声器的组合方式及各自

长度、个数,灵活根据施工现场条件布置消声器。

(6)(7)

参考文献:

[1]高红武.噪声控制工程[M].武汉:武汉理工大学出版

社,2003,112-116.[2]胡传鼎.通风除尘设备设计手册[M].北京:化学工业

出版社,2003,23-27.

[3]马大猷,沈 豪.声学手册[M].北京:科学出版

社,2004.

Rs=(a@b)A2(a+b) (m)

[3]KoenEneman,MarcMoonen.ARelationbetweensubband

andfrequency-domainadaptivefiltering[C].Departe-mentElektrotechniekESAT-SISTA/TR,1997-23.[4]WHChin,BFarhangBoroujeny.Subbandadaptivefilte-ringwithrea-lvaluedsubbandsignalsforacousticecho

cancellation[J].IEEProc.-Vis.ImageSignalProcess,2001,148(4).

[5]MalteSandrock,StefanSchmitt.Realizationofanadaptive

algorithmwithsubbandfilteringapproachforacousticechocancellationintelecommunicationapplications[C].DSPecialistsGmbH,D-10245Berlin,Germany,2001.[6]S.Vitale,G.Heinze,leta.lRecommendationforana-l

gorithmforpowerspectraldensityestimationforLISApathfinder[N].September,2006,22.

[7]张 威,王 旭,等.基于小波变换的子带自适应滤波

算法及仿真[J].系统仿真学报,2006,18(4).

(上接第108页)

3 结 语

由实验结果与分析可得出如下结论:

(1)随着65Mn金属橡胶密度的增加,软特性段刚度增加,但疲劳寿命趋于缩短,且疲劳阶段刚度下降更快。

(2)随着金属橡胶密度的增加,金属橡胶的静态、动态损耗因子减小,疲劳寿命下降。

(3)测试出小丝径65Mn金属橡胶的位移-寿命疲劳曲线,符合疲劳的一般规律。

参考文献:

[1]赵 程,贺跃进,张 恒.金属橡胶的应用研究[J].噪

声与振动控制,2006年,(5):45-47,73.

[2]夏宇宏,姜洪源,李瑰贤,等.0Cr18Ni9Ti金属橡胶多孔

材料的气体渗透性[J].功能材料,2004,(2):267-270.

[3]赵 程,张 军,张 恒.金属橡胶/硅橡胶复合阻尼材

料疲劳性能研究[J].噪声与振动控制,2009,(29)4.[4]赵 程,张 军,张 恒.金属橡胶/硅橡胶复合阻尼材

料的研究[J].噪声与振动控制,2009,29(2).