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管道消声器设计及声学性能研究

李晓亮  
【摘要】:由于各种机器功率的不断提高,相伴而来的就是噪声污染日益普遍和严重。废气涡轮增压器、空气压缩机等装置产生的气体动力性噪声是一类常见的噪声。在传统的设计理念中通常对噪声问题不予重视,导致在产品开发完成后才发现噪声过大,失去竞争优势甚至无法满足法规而被迫整改。因此针对柴油机废弃涡轮增压器的降噪和空气压缩机排气放空噪声的控制具有一定的研究意义。本文的主要工作如下:(1)对几种基本消声单元进行声学性能分析,得到各消声单元的结构参数对其传递损失的影响规律。(2)以某型压气机进气消声器为研究对象,建立几何模型和有限元模型。在专业声学软件Virtual.Lab Acoustics平台上,进行该进气消声器的声学性能仿真,得到其传递损失,然后对该消声器进行传递损失实验来验证仿真结果。针对该消声器的仿真和实验结果进行改进设计,研究了在消声器吸声片两侧布置穿孔板时进气消声器传递损失的变化。结果发现:在吸声片两侧布置穿孔板,消声器的传递损失在800~2500Hz范围内提高了大约5dB。(3)对某型压气机排气噪声进行测量,分析排气噪声频谱,依据消声器的基础知识和设计理念,为该型压气机排气消声器设计了三个方案。使用声学有限元软件Virtual.Lab模拟分析,结果表明:方案一单扩张腔消声器由于受压气机蜗壳结构线型的限制,其扩张比很小造成消声量不理想。方案二穿孔管消声器在中高频范围800~3000Hz范围内平均消声量达到3.4dB,仍然不能满足要求。方案三是一个共振腔消声器,其在低频范围20~800Hz范围内消声量几乎为0,但是在中高频范围800~3000Hz范围内平均消声量达到5.2dB,最大消声量为32.7dB,峰值频率分布1080Hz,满足课题合作方的要求。(4)针对某空气压缩机排气放空噪声较大,对工作人员身心健康造成影响等问题。对原空压机排气放空消声器进行建模计算,发现原消声器由于设计不合理,其在20~3000Hz频率范围内消声效果不太理想,平均消声量只有7.8dB,故需要进行改进设计以达到更好的消声效果。采用节流降压板、片式消声通道及小孔喷注层的组合设计了三个方案的消声器,并分别进行仿真分析,通过对穿孔板两边的网格定义传递导纳关系,以模拟消声器内部穿孔板的声学特性,可以简化消声器的有限元网格处理。对三个方案的消声效果对比分析,方案三效果最佳。然后对方案三进行经验公式估算来验证仿真结果,结果表明方案三声学有限元仿真结果与经验公式估算的结果较为接近,其在20~3000Hz宽频段内具有理想的消声效果,平均消声量可达57dB。综上所述,本文分别对三类典型的消声器进行了研究。第一类是阻性消声器,把阻性消声器的仿真和实验进行了对比分析,并进行了改进设计,取得了较好的效果。第二类是阻抗复合式消声器,运用了第一类阻性消声器的研究,针对空压机排气放空消声器进行了设计和经验公式估算对比分析。第三类是共振式消声器,针对压气机排气噪声的降噪取得一定的效果。三类消声器的研究具有一定的代表性和意义。


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