局部结构参数对消声元件性能影响的研究

发布时间：2019-01-09 12:26

【摘要】：随着生活水平的不断提升,人们对生活环境的安全性、舒适性的要求也越来越高,要求对车辆、通风设备、工程机械等生活、生产设施产生的振动噪声进行更加严格的控制。作为控制噪声污染的重要措施,消声器可以从传播途径上较好的降低噪声辐射,在各个工程领域得到了广泛应用,设计具有更高性能的消声器能更好的控制噪声污染。复杂结构消声器都是由基本的消声元件通过运用有效的设计原则合理的组合搭配而成,因此,基本消声元件对消声器的消声特性具有决定性影响。所以本文以基本消声元件为研究对象,探究局部结构参数对基本消声元件性能的影响规律,给出提升基本消声元件性能的一般性的设计原则,对消声结构设计和控制噪声污染具有重要意义。本论文是在国家自然科学基金项目51275275、山东省优秀中青年科学家奖励基金项目BS2010ZZ006的资助下完成的。本文以扩张腔、微穿孔板吸声结构两种消声元件作为研究对象,探究了局部结构参数对这两种消声元件性能的影响,得出了相应的结论和设计原则。本文主要开展了以下几个方面的研究工作：第一,以扩张腔为研究对象,详细介绍了圆柱型扩张腔的三维声模态特性和基于三维声模态特性的进出口管布置原则,以及基于该布置原则带来的压力损失大幅上升的问题。以文献中扩张腔为基本模型,研究了扩张腔中局部压力损失产生的机理。结果表明,扩张腔中局部压力损失主要由剪切层粘性摩擦、压缩口流速波动、气流速度被迫改变所引起。因此,可从这三方面着手降低压力损失,并指导扩张腔局部结构设计。第二,基于进出口管布置原则和扩张腔中压力损失产生机理,在提高声学性能的前提下,详细分析了进出口管的偏置方式、倾斜角度对扩张腔压力损失的影响特性,并得到了进出口管最佳倾斜角度。设计了多个声学性能相同但具有不同偏置方式和倾斜方式的简单扩张腔消声器模型,研究了扩张比、长径比、过渡圆弧等局部结构参数对这些模型扩张腔压力损失的影响规律。仿真结果表明,出口管不宜偏置。在各个结构因素下,“倾斜且偏置进口管+倾斜出口管”模型降低压力损失的效果最好。研究了倾斜插入管的长度对扩张腔综合性能的影响。研究结果表明,倾斜插入管减弱了气流之间的剪切摩擦,可有效降低压力损失。但是,倾斜插入管却极大的改变了扩张腔的声模态激发或抑制状态,从而改变声学性能。该现象产生的根本原因是,膨胀口和压缩口的空间位置是决定扩张腔声模态的抑制或激发状态的的关键,倾斜插入管改变了膨胀口或压缩口空间位置,从而改变声学性能。由以上分析得出基于声模态特性的倾斜插入管的布置原则是,将插入管上的膨胀口和压缩口布置在各阶声模态的声压节点交汇区域,尽可能多的抑制各阶声模态。第三,研究了在简化流道模型里,背腔深度、背腔长度、穿孔率、并联等结构参数对微穿孔板吸声结构声学特性的影响。基于以上分析,将不同长度的微穿孔板吸声结构并联得到两种组合方案。通过仿真分析两种组合方案在动车空调通风管道加热段模型内的吸声特性,并对优选方案进行了实验测试。测试结果表明,加热段内嵌微穿孔板吸声结构起到了良好的消声作用,降低了管内噪声,使得末端管口辐射噪声降低了2.8dB(A)。在加热段内嵌微穿孔板吸声结构增加了气流阻力,风速有小幅下降。然而,气流冲击微穿孔板吸声结构两侧壁面,使得加热段局部产生较大湍流噪声,导致对应位置声压级偏高。所以,在工程设计条件允许的情况下,可将微穿孔板做成与管壁一体的结构,以减弱湍流噪声的影响。
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【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535.2

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