阻抗复合式排气消声器声学性能研究

发布时间：2020-05-04 13:11

【摘要】：安装排气消声器是控制船舶排气噪声最为简单且有效的手段,而阻抗复合式消声器因其优良的消声性能在实际工程应用中最为常见。本文针对阻抗复合式排气消声器的声学性能进行了探究。研究了吸声材料硅酸铝和玻璃纤维的声学特性。基于传递函数理论,利用四传声器法测量并结合MATLAB自编程序得到了特性阻抗比和复波数比,并对实验结果进行曲线拟合,给出了特性阻抗比和复波数比的经验公式。利用双传声器法分别测量了二者的吸声系数并对实验结果进行了对比分析,发现硅酸铝在低频范围内的吸声性能明显优于玻璃纤维。同时,以玻璃纤维为例探究了吸声材料厚度对吸声系数的影响,发现增加吸声材料的厚度可以有效改善吸声材料在低频处的吸声能力。探究了不同的阻抗结构对消声器声学性能的影响。基于有限元法利用COMSOL软件对消声器的传递损失进行了计算。以简单膨胀腔消声器为例,对只有穿孔板、膨胀腔内全为刚性壁、吸声材料单独存在、吸声材料直接贴附在穿孔板上、吸声材料与穿孔板之间夹有玻璃丝布等不同情况下的传递损失进行了计算和对比分析。结果发现,与简单膨胀腔内都是刚性壁相比,穿孔板有效地增加了传递损失;穿孔板与吸声材料贴附在一起时,穿孔板的作用则几乎可以忽略,该种情况下的传递损失与只有吸声材料时差异微小,说明吸声材料起到了主要作用;与吸声材料穿孔板的二者复合结构相比,中间夹有玻璃丝布的三者复合结构对应的传递损失更小,在频率较高时尤其明显,说明玻璃丝布起到了一定的隔声作用,不利于提升消声器的声学性能。探究了进口插管和膨胀腔对消声器声学性能的影响。在仿真计算的基础上,利用两负载法实际测量了相应的消声器试验件的传递损失。发现膨胀腔长度不变时,增加进口插管长度可使传递损失曲线向低频方向移动,进口插管长度增加有利于控制低频噪声;插管长度不变时,改变膨胀腔的长度,传递损失曲线则几乎没有变化;说明调节进口插管的长度对于控制低频噪声更有效。
【图文】：

穿孔板,结构示意图,声阻抗率

图3.1 穿孔板结构示意图单个孔的穿孔声阻抗被定义为穿孔元件两侧的声压之差与质点振速之比，即c dphp puξ = (2-12)穿孔声阻抗率则为0c dp p php pξ R jXρ cu ′ = = +(2-13)其中，j是虚数单位；pR 和pX 分别称为穿孔声阻率和穿孔声抗率。Sullivan 和 Crocker 二人通过实验测量了穿孔率为 4.2%的穿孔板的穿孔声阻抗，测得了声阻部分是一个常数 0.006，pX为单个穿孔的声阻抗率中的抗性部分，声抗pX可以表示为：( )p 0w hX = k t + αd(2-14)式中，wt 是穿孔板的厚度，hd 是单个穿孔的孔径

组成图,阻抗管,组成图,实验装置

两负载法来对吸声材料的声学特性参数进行实验测量和研究。是阻抗管实验测量的装置组成示意图。整个装置系统包括 B&K个传声器(型号 4187)、功率放大器（型号 2716C）、多通道数&K3560C)、传声器校准器(型号 4231)和测量软件 PULSE 等。是阻抗管套件的结构示意图。通常情况下，阻抗管套件的声源或正弦扫频信号的噪声。声源发出的信号由多通道数据采集分析器模块(B&K3109)产生，，然后通过功率放大器(2716C)进行驱动发出的声波为平面波，沿着管道向前传播，一部分声波的能量材料所吸收，剩下的声波穿过声学单元向下游继续传播。本实需要进行实验两次，要求两次测量实验管路的终端条件不一样越好，这样有利于提升实验测量的准确程度。两次实验的终端射端和无反射端。实验中完全反射端可以在阻抗管出口处安装反射端可以由阻抗管系统自带的四块海绵放入阻抗管后端构成
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.9

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