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1、噪声与振动控制技术噪声与振动控制技术噪声与振动控制技术噪声与振动控制技术主讲：盛美萍Prof. Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 西北工业大学精品课程专业核心课程振动与噪声控制技术振动与噪声控制技术振动与噪声控制技术振动与噪声控制技术本讲内容Prof. Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University 消声器分类与性能评价 阻性消声器消声器用于控制空气动力性噪声，通常安装于空气动力设备的气流进出口或气流通道上。特点：能有效地阻止或减弱噪声向外传播。分类：阻性消声器、抗性消声器
2、、阻抗复合性消声器。消声器性能评价指标：声学性能空气动力性能结构性能声学性能评价声学性能：包括消声量的大小、消声频带范围的宽窄。消声器的声学性能可以用各频带内的消声量来表征。常用参数： 传声损失 末端降噪量 插入损失 声衰减传声损失定义：消声器进口的噪声声功率级与消声器出口的噪声声功率级的差值。消声器的传声损失是消声器本身所具有的特性，它受声源与环境的影响较小。实际工程测试中，可先测量声压级，经计算获得声功率级，然后计算传声损失。末端降噪量末端减噪量也称末端声压级差，它是指消声器输入端与输出端的声压级之差。当严格地按传声损失测量有困难时，可采用这种简便测量方法。利用末端声压级之差来表示消声值的
3、方法，不可避免地包含了反射声的影响，这种测量方法易受环境的影响而产生较大的误差，因此适合在试验台上对消声器性能进行测量分析，而现场测量则很少使用。插入损失插入损失是根据系统之外测点的测试结果经计算获得的，实际操作中，在系统之外分别测量系统接入消声器前后的声压级，二者之差即为插入损失。插入损失的测量测点管道声源测点消声器管口法测插入损失测点消声器测点声源管道插入损失和传声损失的比较阻性消声器：插入损失与传声损失相近。抗性消声器：插入损失一般低于传声损失。采用插入损失评价消声效果的优点：对现场环境要求低，适应各种现场测量，如高温、高流速或有浸蚀作用的环境中。采用插入损失评价消声效果的缺点：插入损失
4、值并不单纯反映消声器本身的消声效果，而是声源、消声器及消声器末端三者的声学特性的综合效果。声衰减声衰减：声学系统中任意两点间声功率级之差，反映了声音沿消声器通道内的衰减特性，以每米衰减的分贝数(dB)表示。声衰减的测量轴向贯穿法：将探管插入消声器内部，沿消声器通道轴向每隔一定的距离逐点测量声压级，从而得到消声器内声压级与距离的函数关系，以求得该消声器的总消声量。采用声衰减评价消声效果的优点：能够反映出消声器内的消声特性及衰减过程，能避免环境对测量结果的干扰。采用声衰减评价消声效果的缺点：费时、需要专门的测量传声器，因此一般在现场测量中很少使用。轴向贯穿法测声衰减测点消声器声源管道无反射端传声器
5、小车空气动力性能评价反映了消声器对气流阻力的大小，也就是：安装消声器后输气是否通畅，对风量有无影响，风压有无变化。常用参数： 阻力系数 阻力损失阻力系数阻力系数：消声器安装前后的全压差与全压之比，对于确定的消声器，其阻力系数为定值。阻力系数的测量比较麻烦，一般只在专用设备上才能测得。阻力损失阻力损失，简称阻损，是指气流通过消声器时，在消声器出口端的流体静压比进口端降低的数值。消声器的阻损大小与使用条件下的气流速度大小有密切关系。阻损分类： 摩擦阻损 局部阻损摩擦阻损由于气流与消声器各壁面之间的摩擦而产生的阻力损失。摩擦阻损与相对粗糙度的关系局部阻损气流在消声器的结构突然变化处（如折弯、扩张或收
6、缩及遇到障碍物）所产生的阻力损失。常见入口形式及其局部阻损常见出口形式及其局部阻损消声器总阻损阻性消声器：以摩擦阻损为主；抗性消声器：以局部阻损为主。特性：气流的阻力损失都与气流速度的平方成正比。当气流速度增高时，阻损的增加要比气流速度的增加快得多。因此，如果采用较高的气流速度，会使阻损增大，使消声器的空气动力性能变坏。在设计消声器时，从消声器的声学性能和空气动力性能两方面来考虑，都以采用较低的流速为有利。结构性能外形尺寸、坚固程度、维护要求、使用寿命等。好的消声器除应有好的声学性能和空气动力性能之外，还应该具有体积小、重量轻、结构简单、造型美观、加工方便、同时要坚固耐用、使用寿命长、维护简单
7、和造价便宜等特点。阻性消声器的消声机理阻性消声器是一种能量吸收性消声器，通过在气流通过的途径上固定多孔性吸声材料，利用多孔吸声材料对声波的摩擦和阻尼作用将声能量转化为热能，达到消声的目的。阻性消声器适合于消除中、高频率的噪声，消声频带范围较宽，对低频噪声的消声效果较差，因此，常使用阻性消声器控制风机类进排气噪声等。阻性消声器消声原理：利用吸声材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声不断被吸收而逐渐衰减。结构实现：把吸声材料固定在气流通过的管道周壁，或按一定方式在通道中排列起来，就构成阻性消声器。当声波进入消声器中，会引起阻性消声器内多孔材料中的空气和纤维振动，由于摩擦阻力和粘滞阻力，使一部分声能转化
8、为热能而散失掉，就起到消声的作用。单通道直管式消声器特点：结构简单、气流直通、阻力损失小、适用于流量小的管道消声。一维理论估算消声量假设：管道中传播的声波沿着管道长度方向传播。常用公式： 别洛夫公式 赛宾公式一维理论估算消声量别洛夫公式：假设吸声材料的声阻远大于声抗。一维理论估算消声量赛宾公式：假设吸声系数 频率范围 管道截面直径 矩形管道一维理论估算消声量我国常用的精度较高的估算公式：其中消声系数特定情况下一维理论估算消声量注意！利用公式计算的消声量一般偏高。二维理论估算消声量假设：声波的声压在通道高度方向没有变化， 在宽度方向上下对称但分布并不均匀。局限性：利用二维理论分析单通道直管阻性消
9、声器消声性能时，单通道直管消声器的通道截面不宜太大。如果太大时，高频声的消声效果显著下降。这是因为对于给定的消声器通道来说，当频率高到一定数值，声波在消声器中传播便不符合平面声波的条件了。高频失效频率如果消声器通道截面过大，当声波频率高到一定数值时声波将以窄束状通过消声器，而很少或根本不与吸声材料饰面接触。因此，消声器的消声效果明显下降。当声波波长小于通道截面尺寸的一半时，消声效果便开始下降，相应的频率被称作高频失效频率。高频消声量估算高于高频失效频率后，消声量急剧下降。改进形式为了在通道截面较大的情况下也能在中高频范围获得好的消声效果，通常采取在管道中加吸声片或设计成另外的结构形式。如果通道
10、管径小于300毫米，可设计成单通道的直管式；如果通道管径大于300毫米而小于500毫米时，可在通道中间设置几片吸声层或一个吸声圆柱；如果通道尺寸大于500毫米，就要设计成弯头式、蜂窝式、片式、折板式、声流式和迷宫式等结构。片式消声器折板式消声器蜂窝式消声器消声弯头迷宫式消声器阻性消声器气流对阻性消声器声学性能的影响：一是气流的存在会引起声传播和声衰减规律的变化；二是气流在消声器内产生一种附加噪声，称为气流再生噪声。阻性消声器有气流时的消声系数：结论：逆流有利于消声，顺流不利于消声。顺流与逆流气流在管道中的流动速度并不均匀，就同一截面而言，管道中央流速最高；离开中心位置越远，速度越低；到接近管壁
11、处，流速近似为零。顺流时管道中央声速高，周壁声速低；逆流时正好相反。根据声折射原理，声波要向管壁弯曲，对阻性消声器来说，由于周壁衬贴有吸声材料，所以顺流时恰好声能被吸收；而在逆流时，声波要向管道中心弯曲，因此对阻性消声器的消声是不利的。最终结论：顺流与逆流对消声性能影响不显著。气流再生噪声产生机理：一是气流经过消声器时，由于局部阻力和摩擦阻力而形成一系列湍流，相应地辐射噪声；二是气流激发消声器构件振动而辐射噪声。特点：气流再生噪声的大小主要取决于气流速度和消声器的结构。一般来说，气流速度越大，或消声器内部结构越复杂，则产生的气流噪声也就越大。对策：尽量减低流速；尽量改善气体的流动状况，使气流平
12、稳，避免产生湍流。气流再生噪声的测试末端消声器测试消声器消声器风机逆向发声扬声器扬声器放风阀信号源功率放大器滤波器微压计分析仪气流再生噪声的经验估算半经验估算公式：倍频程估算公式：现场使用消声器的效果分析阻性消声器的设计确定消声器的结构型式 选用合适吸声材料决定消声器的长度合理选择吸声材料的护面结构根据高频失效和气流再生噪声验算消声效果设计方案的试验验证确定结构形式根据气体流量和消声器所控制的平均流速，计算所需的通流截面，然后根据截面的尺寸大小来选定消声器的形式。如果消声器中流速保持与原输气管道中的流速一样，也可以简单地按输气管道截面尺寸确定。凭一般经验认为，当气流通道截面直径小于300毫米时
13、，可选用单通道的直管式，当直径大于300毫米而小于500毫米时，可在通道中加设一片吸声层或吸声芯；当直径大于500毫米时，则应考虑把消声器设计成片式、蜂窝式或其它型式。片式消声器中每个片间距离不应大于250毫米，各片间加起来的通流截面积总和应相当于原管道截面的1.52倍。选用吸声材料可用来做消声器的吸声材料种类很多，如超细玻璃棉、泡沫塑料、多孔吸声砖、工业毛毡等。在选用吸声材料时，除考虑吸声性能外，还要考虑消声器的使用环境，如对于高温、潮湿、有腐蚀性气体的特殊环境。吸声材料种类确定以后，材料的厚度和密度也应注意选定，一般吸声材料厚度是由所要消声的频率范围决定的。如果只为了消除高频噪声，吸声材料
14、可薄些；如果为了加强对低频声的消声效果，则应选择厚一些的，但超过某一限度，对消声效果的改善就不明显了。每种材料填充密度也要适宜，如超细玻璃棉填充容重2030公斤/米3为合适。填充容重太大，浪费材料，同时影响效果；填充容重太小，会由于振动而造成吸声材料下沉，使吸声材料不均匀而影响消声效果。长度设计在消声器形式、通流截面和吸声层等都确定的情况下，增加消声器长度能提高消声值。消声器长度可根据噪声源的声级大小和现场的降噪要求来决定，如在车间里某风机气流噪声较其它设备噪声高出很多时，就可把消声器设计得长些，反之就应短些。一般现场使用的空气动力设备，其消声器的长度可设计为13米。护面结构阻性消声器的吸声材
15、料必须用牢固的护面结构固定起来。常采用的护面结构有玻璃布、穿孔板、窗纱、铁丝网等。护面形式，主要由消声器通道内的流速决定。验算消声效果由于消声器的消声效果与所要消声的频率范围和气流再生噪声等因素有关，因此，按上述要点设计好消声器方案之后，还必须进行验算，首先验算高频失效频率，然后验算气流再生噪声的影响。如果消声器的初步设计方案经过验算不能满足消声要求时，就应重新设计，直至得到满意的设计效果。试验验证理论计算出消声器的设计方案后，还要通过试验，定量验证后才可得到具有实用价值的消声器方案。试验一般采用“末端声压级差”法测量。具体来说，就是在消声器进口端测得噪声级(包括各倍频程声压级)，在消声器出口端测房噪声级(包括各倍频带声级) ，以两者差作为消声量。下讲预告抗性消声器噪声控制技术复习Prof. Sheng MeipingNorthwestern Polytechnical University
