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消声降噪技能:7 抗性消声器—扩张式消声器

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抗性消声器概述

抗性消声器(reactivesilencer,reactivemuffler)它是内燃机排气体系中普遍利用的消声安装,通常由几个具有差别声学特征的单位毗连而成。当声波沿管道传达时,会在声学特征渐变的界面上发生反射,局部声波会向声源反射,只要局部会持续向前传达,从而到达消声的目标。

抗性消声器的根本范例可分为收缩型、共振型和干预型。收缩消声器次要经过管道截面的忽然收缩(或紧缩)发生的反射;经过阁下的共振体系(偶然也称为阁下的支管消声器)发生共振消声器;干预消声器经过两个干系的声波互相抵消。适用的抗性消声器一样平常由上述根本消声器构成,如下图为典范的汽车排气消声器,是种种抗性消声原理的综合使用。

与电阻消声器相比,电阻消声器中的声响反射十分强。在设置装备摆设消声器前后,从声源到消声器的声波大概会产生明显变革。因而,利用拔出丧失和声响传输丧失来评价声响效应将会有所差别,而实践的拔出丧失每每低于声响传输丧失。

除了消声器自己的布局外,另有很多内气流的温度、流量等要素亲密相干,也与管道体系出口的辐射条件和噪声源的特征亲密相干。因而,在实行室中测试的具有精良消声功能的消声器在现场利用时并纷歧定很好。比方,在抗性消声器实际中,起首提出了多段扩张室和侧支共振管中的声传达实际Davis等人,在实行室使用他们的实际和声响丧失(TL)在测试和验证中取得了精良的分歧性,但当他们有这一实际来设计直升机的消声器时,盘算的传声丧失是20dB,拔出丧失可以在实践安置落伍行测试(IL)只要令人扫兴的10dB,厥后的研讨发明,消声器中的均匀流是形成云云大差别的次要缘故原由。

2、扩张式消声器的根本原理

当立体声波在刚性壁管道中传达时,局部声波在界面上反射,局部声波经过界面持续向前传达。依据管道中的声波在截面渐变处反射的原理,设计了收缩消声器。

2.一节扩张消声器

截面面积为S在1的管道中,毗连长度为L,横截面面积忽然增大S2的管道,便是复杂的收缩式消声器,这段较粗的管道通常称为收缩室(收缩管)。

图2单节扩张消声器

假定消声器收支管道的工夫无穷长。此时,可以疏忽管道端口反射的声波。只要当声波在消声器中传达时,才干思索截面积的渐变x=0和x=L两个界面之间发生的声响反射。单节扩张式消声器的声强透射系数可经过声波经过两头层的推导后果取得:

(1)式中:

S1-进入,出管截面积;

S2-管截面面积扩展;

L——管道管长度;

k——波数。

单级扩张式消声器的传输丧失取决于消声器传输丧失的界说:

(2)式中:m——抗性消声器的收缩比,m=S2/S1。

可以从下面看出,D与sin(kL)有关,由于sin(kL)它是频率的周期函数,可以看出消声量随频率而变革。kL=(2n+1)π/2时,sin²(kL)=1,D获得巨值:

(3)此时响应的频率为,λ

,也便是说,扩张室的长度L是响应频率1/4波长的奇数倍。

事先,sin(kL)=0,此时消声量为零,声波经过收缩段而不衰减,其对应的频率称为经过频率。经过频率可以经过以下公式盘算:

可以看出,消声器的长度L是经过频率时半波长的整数倍。

从下面的公式中,ag亚洲集团还可以看到管道截面紧缩m倍或收缩m倍,具有相反的消声结果。在工程中,为了低落气流阻力,常常利用收缩管。收缩率越大,传输丧失越大。在下图中,ag亚洲集团给出了消声量随频率变革的曲线。

依据以上剖析,单节扩张式消声用具有以下两个根本特点:

1).消声量Dm由扩张比m决议:

下图给出了差别扩张比m下的消声量曲线,可以看出,当扩张比m小时,Dm值绝对较小;当m值增大时,Dm依据对数定律,类似值迟缓增长。假如要求消声用具有分明无效的消声量,则必需使m充足大。比方,假如必要Dm≥10dB,m值应控制在6以上。在实践题目上,m由于客观条件的限值不克不及太大,以是单节扩张式消声器的消声量是有限的。

2).消声器长度与频率特征之间的干系:

当消声量到达值时的频率和经过频率c/L成比例,即消声器的频率特征取决于消声器的长度L。长度L增大时,消声器的频率特征向低频偏向挪动,消声量稳定。

2.2内插式和多节式扩张式消声器

单节扩展消声器的次要缺陷是经过频率较多,经过频率的消声量为零,一切声波都将经过消声器,无法到达消声的目标。制止这种状况的办法是利用多个扩展室或外部拔出管来设计差别的频率,以完成这些频率。

如下图所示,罕见的拔出管扩张式消声器可以经过频率原了解释为:

依据声压一连条件,可在截面I处取得:

在截面I的左侧,拔出管和收缩室可以看作是一个“闭管”当拔出管深度时,体系L1即是1/4波长的奇数倍时,截面I处为“闭管”中驻波的声压波节,即A4+B4≈因而可得:

换句话说,简直一切进入消声器真个声波都是反射的。假如ag亚洲集团拿走它,L1=L/2,那就可以了n=1,3,5…经过频率消弭(扩张式消声器半波长奇数倍)。

拔出管收缩消声器

与此相似,依据截面II可取得声压一连条件:

在截面II在右侧,拔出管和扩张室也可以看作是一个“闭管”当拔出管深度时,体系L2即是1/4波长的奇数倍,在截面中II声压类似为零,即A3≈0,也便是说,消声器出口简直没有声波传输。假如ag亚洲集团拿走它,L2=L1/2=L/4,那就可以了n=2,6,10…经过频率消弭。

在下图中,比拟图2中对应的单节收缩管消声器和图5中具有相反收缩比和收缩管长度的双内插管消声器的声响丧失。可以看出,双内插管消声器不但经过上述频率取得峰值消声,并且还明显提供了全体消声量。

在实践工程中,为了进一步进步收缩消声器的消声结果,通常接纳多段收缩消声器。消声器的每个扩张室通常接纳不相称的长度,使其经过频率互相错开。比方,使一个局部具有消声量的频率恰好是另一个局部的经过频率。这不但进步了消声器的总量,并且大大进步了消声器的频率特征。

3、扩展消声器的实行研讨

后面提到的Davis20世纪50年月,对扩张管消声器的功能举行了体系的实际和实行研讨,厥后被援用为NACA研讨陈诉1192。Davis这项事情已成为汽车产业和产业中抗性消声器使用研讨的底子。在实行研讨中,他得到了77种差别的消声器(TL)对扩张管消声器的功能特点举行了丈量,并与实际盘算举行了比力剖析。

3.1单节扩张管的实行研讨和停止频率

图7左侧(a)图中表现了扩张比m从4到64的变革特征。后果明白地标明,扩张比m越大,消声器的峰值消声量越大。除了4号消声器的700外,实行丈量后果与实际盘算根本分歧Hz由于实际假定中的立体波条件不再满意上述频率。