)
對於任意截面的微穿孔板消聲器,其消聲量公式為,
(8.4.12)
式中為截面周長,為截面面積,為內管半徑,為穿孔板管段長度,為波數,為微穿孔板壁面的聲阻率,為微穿孔板壁面的聲抗率。事實上,以上兩式仍相當復雜,不便於實際應用。在—定條件下,此式可適當化簡和近似,記為微穿孔板的穿孔率,則,
(8.4.13)
在共振頻率處,如通道半徑r較大,可以滿足近似條件,可使用近似式。各種情況下的計算表明,當r大於10厘米時,近似式的誤差不超過5%(1db左右)。只有在r小於10厘米時,共振頻率處誤差較大,仍需由(8.4.11)式進行計算。在其它情況下,可直接使用簡化式(8.4.13)計算消聲量。
對於雙層微孔板消聲器,是兩層微孔板串聯,其修正系數為,
(8.4.14)
微穿孔板消聲器在氣流下的消聲性能,特別是它在高速氣流下的消聲性能,對於其工程應用具有重要意義。有人在流速10~120米/秒范圍內,對雙層微穿孔板消聲器進行了性能試驗,並選用相同長度、相同截面的玻璃棉加護面板的阻性消聲器作比較試驗。試驗是在風洞上進行的。風洞及試驗裝置如圖8.34所示。
圖8.34微穿孔板消聲器實驗裝置示意圖
試驗用消聲器有雙層微穿孔板型和超細玻璃棉加護面穿孔板型兩種,每種分為兩節,每節長一米,結構如圖8.35和圖8.36所示。
圖8.35試驗用微穿孔板消聲器結構示意圖
圖8.36玻璃棉加護面板消聲器結構示意圖
微穿孔板的規格為:板厚0.5毫米,穿孔率2.7%,前腔10厘米,後腔4厘米。超細玻璃棉的容重為30公斤/立方米,厚度14厘米,護面穿孔板孔徑48毫米,板厚1毫米,穿孔率20%。
實驗研究表明:氣流速度v與消聲量的關系如下:
對於微穿孔板消聲器,
(8.4.15)
對玻璃棉加護面板消聲器(簡稱棉式消聲器),
(8.4.16)
比較以上兩式可以發現:棉式消聲器受氣流影響比微穿孔板消聲器大。低頻段的消聲量一般不易測准,與以上兩式有一定的差異。
微穿孔板消聲器與棉式消聲器在不同氣流速度下的消聲量對比如下,
①微穿孔板消聲器的消聲量與曲線的斜率小於棉式消聲器,因此隨著氣流速度的增高,微穿孔板消聲器比棉式消聲器受氣流影響小得多。從數字上看,當氣流速度為20米/秒時,兩種消聲器的平均消聲量均接近於30db;但氣流速度為50米/秒時,微穿孔板消聲器平均消聲量僅減少10db,而棉式消聲器平均消聲量減少20db;氣流速度為80米/秒時,微穿孔板消聲器平均消聲量僅減少20db,而棉式消聲器平均消聲量減少30db,消聲值接近於零;氣流速度為100米/秒時,微穿孔板消聲器還有5db的平均消聲量;而棉式消聲器卻產生3~4db的平均負消聲量;氣流速度為100米/秒以上時,微穿孔板消聲器還有2~3db的平均消聲量,而棉式消聲器卻產生8~9db的平均負消聲量。在氣流速度為30~80米/秒的范圍內,微穿孔板消聲器的流速加倍,消聲量僅減少約為10db,棉式消聲器則減少15db。
②隨著氣流速度的增大,加長消聲器已不能增加消聲量。從1米長和2米長的兩種消聲器-關系對比發現:對微穿孔板消聲器,在氣流速度為70米/秒時,兩條曲線相交,即兩種長度的消聲器消聲效果相同;對棉式消聲器,這個交點在50米/秒。就是說,對微穿孔板消聲器,在氣流速度為70米/秒時,加長消聲器已看不出明顯的消聲效果;而對棉式消聲器,在氣流速度為50米/秒時,加長消聲器效果就不大了。當然,這一結果是與環境噪聲有關的。
③此外,對於風洞的減噪效果對比表明:隨著氣流速度的增加,微穿孔板消聲器比棉式消聲器好得多。
④通過試驗研究結果分析可知:在高速氣流下,采用微穿孔板消聲器能得到較好的消聲效果。其原因是微穿孔板消聲器穿孔率低、孔細而密,對流場影響小,因而產生的再生噪聲低,而棉式消聲器穿孔率高、孔大,對流場影響大,產生的再生噪聲高。高速氣流產生的再生噪聲主要是湍流噪聲,即主要起源於邊界層的偶極輻射,以及邊界的湍流脈動激起管壁的振動。在消聲器內壁,由湍流所產生的噪聲聲功率w與氣流速度v、阻力系數、管道直徑d的關系為,
(8.4.17)
在試驗中,所用微穿孔板消聲器和棉式消聲器的d、v相同,故再生噪聲的聲功率比僅與阻力系數比有關。微穿孔板消聲器的值,顯然比棉式消聲器的值小得多。因此,對於同樣形式的消聲器,微穿孔板消聲器比棉式消聲器的再生噪聲要小得多。這就是在高速氣流下微式消聲器比棉式消聲器性能好的主要原因。
近年來,我國已研制成功在多種條件下使用的微穿孔板消聲器,如通風空調消聲器、鼓風機進排氣消聲器、燃汽輪機消聲器,飛機發動機試車消聲器、內燃機消聲器等,並已形成系列化產品,經工程上使用,效果良好。
經過適當的組合,微穿孔板消聲器能夠在一個寬闊的頻率范圍內或在某些特定的頻率范圍內得到高的消聲量,而且阻損可以控制到很小。此外,它能夠耐高溫和氣流沖擊,不怕油霧和水蒸汽。受到短期的火焰噴射也不至於損壞,這對於蒸汽排氣放空系統、內燃機、燃氣輪機以及發動機試驗站的排氣系統的消聲是很有意義的。
在高速氣流下,微穿孔板消聲器具有比阻性消聲器、擴張室消聲器、阻抗復合消聲器更好的消聲性能和空氣動力性能。這對於高速送風系統、消聲器內流速高的空氣動力設備是有益的。由於在很高速氣流下,微穿孔板消聲器還有一定的消聲性能,這對大型空氣動力設備的消聲器可以較大幅度的減小尺寸,降低造價。對於要求潔淨的場所,由於微穿孔板消聲器中沒有玻璃棉之類纖維材料,使用後可以不必擔心粉屑吹入房間,同時,施工、維修都方便得多。以微穿孔板吸聲結構作為元件組成的復合消聲器,也有好的消聲效果。
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