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基于声模态的风井消声器声学性能分析及优化

张岐宇  
【摘要】:为降低某煤矿的风井噪声,针对3.2m×6.4m的大截面出风口设计了相应的扩张室与蜂窝消声器复合型式的消声器,并运用LMS Virtual.Lab对消声器抗性部分作了声学仿真、分析,提出了一种利用扩张室并联结构解决大截面消声器中高次波问题的方法,又基于仿真分析结果对扩张室作了结构优化。最终采用了声学性能更为理想的带内插管方形截面并联四腔扩张室结构,拓宽了消声频带,改善了消声器的声学性能。针对轴流风机的宽频带噪声,设计了相应的阻抗复合消声器。利用并联扩张室降低风机的中、低频噪声,考虑到简单并联型式的扩张室结构过于庞大,采用了四种不同型号扩张室交错并联的方式。利用阻性蜂窝式消声器降低风机的中、高频噪声,为了充分利用抗性消声器和阻性消声器连接处的过渡弯头,使用蜂窝弯头代替原先设计的刚性过渡弯头,提高消声量的同时也缩短了后续竖直蜂窝的长度。大截面消声器中,高次波对声学性能的影响不容忽视,为了充分考虑高次波的影响,本文采用了基于管道声模态的声学有限元仿真方法计算了扩张室的声模态、内部声场及传递损失,并基于上述结果对扩张室的声学性能进行分析、优化其结构。首先对并联扩张室截面形状作了优化,对比了圆形截面、半圆形截面、方形截面三种不同截面多腔并联结构的扩张室,发现方形截面扩张室在声学性能、结构性能上均有较好的表现。其次对并联扩张室的腔数作了优化,主要分析、对比了方形截面并联双腔、并联四腔扩张室的声学性能,发现并联四腔结构的各阶模态波截止频率均高于双腔结构,且平面波截止频率能够覆盖整个低频段,消声频带可拓宽到1200Hz,具有更加良好的声学性能。然后对扩张室内插管的长度、位置进行了优化,最终选用了进出口内插管长度分别为1/2l、3/4l的偏置内插管组合,又增加了第二级扩张室,使得扩张室的通过频率得以消除。最后,为了改善消声器在高频段的声学性能,在扩张室内壁添加了合适的吸声材料,使得消声器在10~3000Hz较宽的频带上都有较为理想的消声效果。


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