【正文】 料把氣流噴注為大量小噴注，并使小噴注匯合后形成大面積、低速 度的噴注，這樣，產(chǎn)生的噪聲可大為降低；(3)阻性消聲器，用吸聲 材料產(chǎn)生傳聲衰減，它通常具有頻率范圍較寬的降噪特性；(4)損耗 消聲器，在管壁內(nèi)裝穿孑L板或微穿孔板，利用它們的非線性聲阻消耗 聲能。阻性消聲器有著優(yōu)良的中高頻消聲性能，但是低頻消聲性能較差， 而且也難以提高，而抗性消聲器則相反，在中低頻具有較好的消聲性 能，高頻消聲性能較差，因此將阻性及抗性等不同消聲原理組合設(shè)計 即構(gòu)成了阻抗復(fù)合式消聲器。阻抗復(fù)合式消聲器結(jié)合了抗式和阻式兩 種消聲器的特點，在一個很寬的頻率范圍內(nèi)具有良好的消聲性能。4．2消聲器性能評價指標(biāo)1．聲學(xué)性能哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文消聲器的聲學(xué)性能包括消聲量的大小和消聲頻率范圍的寬窄。 (1)傳遞損失TL，或者稱透射損失。指消聲器的噪聲能量(入射聲功率級o，)與消聲器出口能量(透射聲功率級～：)之差。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：形TL=1019蚩=‰l—02 (4一1)772式中彬一一消聲器進(jìn)1：3聲功率，W； 職一一消聲器出口聲功率，w。聲功率級不能直接測量得到，一般通過測量聲壓級來計算。因為 聲壓級與聲功率級的關(guān)系是：在自由場中，當(dāng)消聲器兩端的連接管直 徑相同時，聲功率級正比于聲壓級的平方，所以傳遞損失表達(dá)式可以。寫成：DTL=2019‘2。1=0l一42 (42)f2傳遞損失是消聲器本身所具有的特性，它受聲源與環(huán)境的影響較小。(2)末端減噪量‰，也稱末端聲壓差，或噪聲降低。指消聲器 輸入與輸出兩端的聲壓級差(包括反射聲壓)。因其受環(huán)境的影響而 產(chǎn)生較大的誤差，現(xiàn)場測量很少使用。(3)插入損失尼。插入損失是另～種較為廣泛使用的消聲器消 聲性能的評價量，在系統(tǒng)之外某定點分別測量系統(tǒng)中接入消聲器前、 后的聲壓級，二者之差即為插入損失。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：11,=L。．一三P2插入損失并不單純反映消聲器本身的效果，而是反映聲源、消聲 器及消聲器末端三者的聲學(xué)特性的綜合效果。(4)聲衰減量址。它是聲學(xué)系統(tǒng)中任意兩點間聲功率級的降低值，反映了聲音沿消聲器通道內(nèi)的衰減量。 對一個消聲器來說，用不同的方法或在不同的聲學(xué)環(huán)境下測量，其結(jié)果往往會有一定的差異。因此，在表示消聲器的效果時，應(yīng)注明 所用的測量方法和所在的測試環(huán)境，以便對消聲器的性能進(jìn)行比較和哈爾濱丁程大學(xué)碩士學(xué)位論文評價。 2．壓力損失一般對消聲器的壓力損失有一定的要求。對消聲器壓力損失的評 價有三種方法：一是總壓差法，二是靜壓差法，三是壓力系數(shù)法。消聲器的壓力損失一般用阻力系數(shù)或阻力損失來表示。一個確定的消聲器的阻力系數(shù)是一個定值。消聲器的阻力損失由兩部分組成， 一部分是局部壓力損失，另一部分是管壁摩擦阻力。兩者都是由于流 體運動時克服粘性切應(yīng)力所做功而引起的。前者發(fā)生在管路系統(tǒng)管徑 突變及管彎等截面積發(fā)生變化的地方，而后者是由管壁或消聲器壁面的粗糙不平引起。 3．消聲器的結(jié)構(gòu)性能消聲器的結(jié)構(gòu)性能是指它的外形尺寸、堅固程度、維護要求、使用壽命等，它也是評價消聲器性能的一項指標(biāo)。 好的消聲器除應(yīng)有好的聲學(xué)性能和小的壓力損失之外，還應(yīng)該具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、造型美觀、制造工藝性好，同時要堅 固耐用、工作可靠、維護簡單和造價便宜等特點。評價消聲器的上述三個方面的性能，既相互聯(lián)系又相互制約。從 消聲器的消聲性能考慮，當(dāng)然在所需頻率范圍內(nèi)的消聲量越大越好； 但是同時必須考慮流動性能的要求，在兼顧消聲器聲學(xué)性能和小的摩 阻的同時，還必須考慮結(jié)構(gòu)性能的要求，不但要耐用，還應(yīng)避免體積 重量過大、安裝困難等情況。在實際運用中，要同時滿足上述三方面 的性能要求是困難的，必須進(jìn)行權(quán)衡和折衷。4．3消聲器的設(shè)計高溫高壓飽和水排放消聲器的理論研究和生產(chǎn)，國內(nèi)尚無經(jīng)驗， 水管路消聲器方面的研究也比較少?，F(xiàn)有的消聲器理論都是基于介質(zhì) 為空氣而發(fā)展起來的，但是空氣和水都為流體，它們有一定的相似性， 因此參考?xì)怏w排放消聲器設(shè)計理論和方法，在設(shè)計噴射泵的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 上，對飽和水排放消聲器進(jìn)行了設(shè)計和計算。41哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4．3．1設(shè)計要求(1)接口參數(shù) A．額定工況：飽和水排放溫度230℃；排放流量4．0kg／s。 B．排放消聲器法蘭聯(lián)接，通徑為25mm。(2)性能指標(biāo)A．消聲效果在20～15000kHz頻率范圍內(nèi)總聲壓級的插入損失約l 820dB(A)。B．使用壽期內(nèi)，不需要做其它的維修。 C．排放消聲器的總壓損失不大于1．5atm。 (3)物理特性 排放消聲器重量不大于50kg。 (4)一般要求排放消聲器嚴(yán)禁漏水。 (5)特殊要求艦船用排放消聲器在下列環(huán)境條件下，應(yīng)能正常工作： 海水溫度 20℃橫傾 177。15?？v傾 177。15。橫搖 177。45?？v搖 177。10。排放消聲器的結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受艦用環(huán)境所要求的沖擊、振動和熱應(yīng)力。4．3．2總體方案依據(jù)對高溫高壓飽和水排放消聲器各項技術(shù)指標(biāo)的要求，在給定 的尺寸范圍內(nèi)統(tǒng)籌考慮了消聲器的結(jié)構(gòu)形式，消聲性能，流體動力性 能，重量和使用壽命等因素。為保證消聲器的長壽命，高溫高壓飽和 水排放消聲器的結(jié)構(gòu)材料選擇不銹鋼；為達(dá)到良好的消聲效果，設(shè)計42哈爾濱丁程大學(xué)碩士學(xué)位論文消聲器為阻抗復(fù)合式結(jié)構(gòu)。綜合考慮上述因素，給出以下結(jié)構(gòu)方案： 消聲器入口端法蘭采用GB2506．89規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)法蘭。 消聲器的外形輪廓為圓柱形，總體尺寸控制在1 500／1 80mm(長度／直徑)，根據(jù)安裝要求設(shè)計了相應(yīng)的支撐。4．3．3重量及材料高溫高壓飽和水排放消聲器最惡劣的工作環(huán)境是在海水中。為了 保證消聲器工作可靠性，消聲器殼板、法蘭和內(nèi)部插管以及吸聲體采 用抗海水腐蝕的不銹鋼材料。由于排放溫度為230C，消聲器各腔壓 力相近，從強度、振動和熱應(yīng)力等方面考慮，消聲器外殼壁厚厚取 3mm、插管壁取3mm、各腔隔板厚度取6ram。消聲器總重量控制在50kg以內(nèi)。4．3．4消聲器結(jié)構(gòu)單純抗性或阻性消聲器要滿足在20～15000kHz范圍內(nèi)高溫高壓飽 和水排放噪聲插入損失18～20dB的要求有～定的難度，為此采用阻抗 復(fù)合式結(jié)構(gòu)，用2級擴張結(jié)構(gòu)將消聲器分成2個腔室。各腔軸向長度 依最大消聲頻帶互相搭疊和延展，通過頻率互相錯開的原則，取為 550mm，335mm。為了減少阻力損失，采用內(nèi)插穿孔管過渡連接形式， 流體在內(nèi)插穿孔管中流過。吸聲材料的添加可以改善中高頻消聲效果 mw，故在腔室內(nèi)襯有不銹鋼絲網(wǎng)吸聲材料。排放出13中間段裝有吸 聲體。第一級穿孔管消聲器膨脹腔內(nèi)徑54mm，腔室長度300mm，穿孔數(shù)量為12X16(周向軸向)，穿孔直徑10mm，穿孔率32％。第二 級穿孔管消聲器膨脹腔內(nèi)徑83mm，腔室長度300mm，穿孔數(shù)量為16 X16(周向X軸向)，穿孔直徑12ram，穿孔率32％。設(shè)計消聲器結(jié) 構(gòu)如圖4．2所示。哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文1．穿孔管2．吸聲材料 圖4．1消聲器結(jié)構(gòu)示意圖4．4消聲器聲學(xué)。眭能計算與分析消聲器的聲學(xué)性能分析常用的數(shù)值方法有矩陣法、有限元法，有 限元+邊界元法等，目前已經(jīng)出現(xiàn)了的較成熟的有限元軟件和邊界元 軟件如ANSYS，SYSNOISE等。其中，SYSNOISE是目前最先進(jìn)的聲一 振分析軟件，可以計算模型的聲學(xué)響應(yīng)，如聲壓聲強及聲功率等。它 既可以選用有限元技術(shù)，又可以選用邊界元技術(shù)，該軟件的優(yōu)點是對聲場的后處理功能很強，可計算結(jié)構(gòu)的輻射聲功率、激勵力的輻射聲功率效率、矢量聲強、聲場的質(zhì)點振動速度分布、遠(yuǎn)場指向性等。但是SYSNOIsE的前處理功能并不十分完整，但是它與其它幾乎 所有有名的有限元軟件界面程序連接，讀取有限元模型數(shù)據(jù)。這些軟 件包括：ANSYS，IDEAS，MSC／NASTRAN，MSC，PATRAN，LMSCADA—X，Hypermesh，ABAQUS，Pro／MECHANICA，F(xiàn)emGV，SYSTUS， StarCD等。不僅可以從這些軟件讀取模型數(shù)據(jù)，并且可以從這些軟件 讀取模態(tài)、表面振動速度等計算結(jié)構(gòu)。在sYSNOIsE前處理中，能夠 自動檢查所建立的模型是否與所選的計算方法相匹配，且能夠自動檢 測并生成模型的聲輻射表面。SYSNOISE有強大的集成后處理功能， 后處理可以畫彩圖、矢量場、變形后的結(jié)構(gòu)、以及XY圖線、柱狀圖、 聲功率、靈敏度和極坐標(biāo)圖，還包括動畫顯示和聲音回放等等。由于SYSNOISE沒有建模功能，這里采用把兩套軟件聯(lián)合起來計算消聲器的聲學(xué)性能(傳遞損失)，即先用ANSYS軟件建立消聲器44哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文的結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后利用ANSYS．SYSNOISE結(jié)構(gòu)將模 型導(dǎo)入到SYSNOISE中，在SYSNOISE軟件中設(shè)定流體的參數(shù)和吸聲 材料的屬性，計算消聲器的傳遞損失。(1) 模型類型的選擇：數(shù)學(xué)方法是用有限元方法分析結(jié)構(gòu)一聲場；(2) 模型域的選擇：頻域；(3) 模型：耦合一一流體模型；(4) 聲場或者流場：選擇腔體，流場區(qū)域是有限的或有結(jié)構(gòu)限制的 區(qū)域：(5) 聲學(xué)域是均勻的，即具有相同的流體特性參數(shù)。 1．設(shè)計消聲器消聲性能在ANSYS中對設(shè)計的消聲器進(jìn)行了建模，所建立模型如下圖所示圖4．2消聲器模型圖4．3消聲器計算網(wǎng)格考慮到模型的對稱性和計算機的計算容量，只取了模型的四分之 一創(chuàng)建網(wǎng)格，并對尾部吸聲體進(jìn)行了簡化，所創(chuàng)建的網(wǎng)格圖4．3所示。45哈爾濱1二程大學(xué)碩十學(xué)位論文將在ANSYS中創(chuàng)建的網(wǎng)格輸入到SYSNOISE中．利用前面所述 有限元法計算得出所設(shè)計消聲器在靜態(tài)條件下的傳遞損失。侍遞撙失皿圖4．4消聲器消聲性能由圖4．4可以看出，設(shè)計的抗性消聲器在低頻域形成了拱形衰減， 隨著頻率的增加，拱形峰值衰減量增加，在高頻域產(chǎn)生了一系列的共 振峰。添加吸聲材料使消聲器低頻消聲性能有所降低，卻大大提高了 中高頻的消聲性能。在O～1500Hz頻域，設(shè)計消聲器傳遞損失小于 20dB，l 500Hz以上相當(dāng)寬的頻域范圍內(nèi)，消聲器的計算傳遞損失大 大超出了20dB。添加吸聲材料后，低頻的拱形共振消失，高頻也出現(xiàn) 了共振峰，但是共振峰的數(shù)量大大減少，共振峰峰值呈先增大后衰減 的趨勢。2．吸聲材料對穿孔管消聲器消聲性能的影響 在設(shè)計的消聲器中，包含有兩級穿孔管，在每一級穿孔管消聲器的腔室內(nèi)添加了吸聲材料。為了比較吸聲材料對穿孔管消聲器傳遞損失的影響，分別對兩級穿孑L管消聲器進(jìn)行了建模、網(wǎng)格劃分、聲學(xué)計 算。同樣，基于模型對稱性和計算機計算容量的考慮，分別對第一級 穿孔管消聲器和第二級穿孔管消聲器取二分之一和四分之一進(jìn)行建46哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文模、網(wǎng)格劃分以及聲學(xué)計算。圖4．5第一級穿孔管消聲器模型網(wǎng)格圖4．6第二級穿孔管消聲器模型網(wǎng)格 圖4．4．8給出了在所建模型的基礎(chǔ)上添加吸聲材料前后抗性消聲器 和阻性消聲器的傳遞損失?？梢钥闯?，對第一級消聲器，當(dāng)膨脹室內(nèi)侍 女 (擊)圖4．7第一級穿7L管消聲器傳遞損失哈爾濱T稃大學(xué)碩士學(xué)位論文倚*換{|(d圈4．8第二級穿孔管消聲器傳遞損失沒有填充吸聲材料時候，穿孔管消聲器在低頻域形成拱形衰減，在高 頻域產(chǎn)生了軸向共振。對第二級消聲器，膨脹室內(nèi)沒有吸聲材料的時 候，穿孔管消聲器在低頻形成了峰值比較小的的拱形共振，在高頻域 產(chǎn)生了明顯的軸向共振?？偟膩碚f，填充吸聲材料改變了穿孔管的吸 聲特性，形成了寬帶衰減：并且大大改善了中高頻域的消聲效果。3．穿孔方式對消聲性能的影響 在穿孔管消聲器中，穿孔管的穿孔方式分為全穿孔和部分穿孔兩種方式，圖4．4．10給出了兩級穿孔管消聲器在中心管全穿孔和部分穿孔方式下計算的傳遞損失結(jié)果，兩種穿孔方式的消聲器穿孔率相 同。對于穿孔管抗性消聲器，在比較寬的頻域中，部分穿孔管和全穿 孔管傳遞損失的消聲性能差別不大。在有些頻段內(nèi)出現(xiàn)了共振峰，消 聲性能大大提高。膨脹腔內(nèi)添加吸聲材料后，在低頻域，中心管全穿 孔管和部分穿孔管差別不大。與中心管全穿孔相比，部分穿孔管降低 了阻性消聲器高頻域的消聲性能，這是由于吸聲面積減少的緣故。因 此添加吸聲材料后，為了獲得良好的高頻消聲效果，應(yīng)盡量使中心管 全穿孔。4S哈爾濱T程大學(xué)碩十學(xué)位論文俸 鎏 (邙)圖4．9第一級穿孔管消聲器穿孔方式對消聲性能的影響委(西)圖4．10第二級穿孔管消聲器穿孔方式對消聲性能的影響哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文4．膨脹腔密封陛對消聲性能的影響 為了探討膨脹腔密封性對消聲器消聲性能的影響，建立了圖4．1l所示的模型，模