基于管道声模态的扩张室消声器声学性能研究

发布时间：2020-05-31 01:28

【摘要】：高阶声模态对大截面消声器低频消声影响甚重,尽管相关科研人员对声模态进行了一系列较为深入的研究,但对基于管道声模态理论的扩张室消声器声学性能研究甚少。本文针对煤矿风井噪声成分中的低频噪声,因其为峰值噪声,影响最为严重且难以消除,设计了多个消声单元组成的大截面抗性消声器,并拿出其中一个消声单元作为研究对象。基于管道声模态理论,研究高阶声模态对扩张室消声器低频消声的不利影响。首先,对建立的消声器模型,利用管道声模态理论推导出高阶模态波被激发需满足的条件。后利用此条件公式,计算了消声器进出口管道以及扩张室内各阶声模态的激发频率,并计算了各阶模态声压对应的节线位置。发现,高阶声模态对消声器低频段消声影响甚重。对消声器以及对照模型进行声学仿真后,所得结果均与此前按理论计算的结果一致,故证明了管道声模态理论的正确性。然后,利用矩形管道平面波截止频率公式,发现切割扩张室腔体,可有效的提高首阶模态波激发频率,利用声学仿真证明了采用并联结构将消声器首阶声模态激发频率由578Hz提升至756Hz。因756Hz仍处在低频段,故又利用此前计算的模态声压节线位置,对消声器结构进行再一次改进。改进后的消声器将出口管偏置于(0,2)阶声模态节线位置,将消声器首阶声模态激发频率由756Hz提升至1165Hz,使消声器在低频段完全摆脱了高阶声模态带来的不利影响。对消声器进行声学仿真后,发现,单级扩张室消声器在750Hz附近频率消声量高达30dB左右,在1000Hz附近频率消声量也可保持25dB左右,极大地提高了扩张室消声器的声学性能。最后,对偏置消声器进行空气动力学分析,发现,由于进出口管不同轴,可能会给消声器带来较大的压力损失。故对消声器进行了流场仿真,发现其使压力损失增加了近一倍。故继续优化消声器结构,用穿孔板代替此前的实心板分割扩张室,增加了气流流通效率。经流场仿真计算,结构优化后消声器压力损失被降低了近一半,故结构优化成功。又利用传递导纳属性对消声器最终结构进行了声学传递损失验算,发现,与结构优化前基本一致。通过对消声器声模态理论的验证,以及一系列的结构改进,使扩张室消声器取得了良好的声学性能以及良好的空气动力学性能。对日后工程降噪中,扩张室消声器声学性能和声模态的研究具有一定的指导和借鉴的意义。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB535.2

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本文编号：2689043