抗性消聲器原理及技術

抗性消聲器概述：

抗性消聲器是生產通過管道截面的突變處或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變而產生聲能的反射、干涉，從而降低由消聲器向外輻射的聲能，以達到消聲目的的消聲器。一種將聲波反射回到聲源的消聲器。在其內采用膨脹和共鳴器等結構使阻抗失配以反射聲波。主要用于空氣壓縮機、汽車發動機和其他活塞發動機的進氣和排氣口，特別適用于低頻率的消聲及帶有高溫、易燃氣體的情況。它對氣流產生的壓降較大而造成發動機排氣背壓，這是設計中的一個重要問題。

抗性消聲器簡介：

主要適于降低低頻及中低頻段的噪聲。抗性消聲器的最大優點是不需使用多孔吸聲材料，因此在耐高溫、抗潮濕、對流速較大、潔凈要求較高的條件均比阻性消聲器好。 抗性消聲器是由突變界面的管和室組合而成的，好像是一個聲學濾波器，與電學濾波器相似，每一個帶管的小室是濾波器的一個網孔，管中的空氣質量相當于電學上的電感和電阻，稱為聲質量和聲阻。小室中的空氣體積相當于電學上的電容，稱為聲順。與電學濾波器類似，每一個帶管的小室都有自己的固有頻率。當包含有各種頻率成分的聲波進入第一個短管時，只有在第一個網孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網孔到達第二個短管口，而另外一些頻率的聲波則不可能通過網孔．只能在小室中來回反射，因此，我們稱這種對聲波有濾波功能的結構為聲學濾波器。選取適當的管和室進行組合．就可以濾掉某些頻率成分的噪聲，從而達到消聲的目的。抗性消聲器適用于消除中、低頻噪聲。

抗性消聲器的原理：

抗性消聲器：以達到消聲目的的消聲器。 主要適于降低低頻及中低頻段的噪聲。抗性消聲器的最大優點是不需使用多孔吸聲材料，因此在耐高溫、抗潮濕、對流速較大、潔凈要求較高的條件均比阻性消聲器好。 抗性消聲器是由突變界面的管和室組合而成的，好像是一個聲學濾波器，與電學濾波器相似，每一個帶管的小室是濾波器的一個網孔，管中的空氣質量相當于電學上的電感和電阻，稱為聲質量和聲阻。小室中的空氣體積相當于電學上的電容，稱為聲順。與電學濾波器類似，每一個帶管的小室都有自己的固有頻率。當包含有各種頻率成分的聲波進入第一個短管時，只有在第一個網孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過網孔到達第二個短管口，而另外一些頻率的聲波則不可能通過網孔．只能在小室中來回反射，因此，我們稱這種對聲波有濾波功能的結構為聲學濾波器。選取適當的管和室進行組合．就可以濾掉某些頻率成分的噪聲，從而達到消聲的目的。抗性消聲器適用于消除中、低頻噪聲。 一、技術要求 1. 抗性消聲器就是一組聲學濾波器，濾掉某些頻率成分的噪聲，達到消聲的目的。它與阻性消聲器最大的區別是沒有多孔性吸聲材料，包括共振式消聲器和擴張式消聲器等。

抗性消聲器技術要求：

1. 抗性消聲器就是一組聲學濾波器，濾掉某些頻率成分的噪聲，達到消聲的目的。它與阻性消聲器最大的區別是沒有多孔性吸聲材料，包括共振式消聲器和擴張式消聲器等。

2. 共振式消聲器是利用共振結構的阻抗引起聲波的反射而進行消聲。它由小孔板和共振腔構成。主要用于消除低頻或中頻窄帶噪聲或峰值噪聲。結構簡單，空氣阻力小。

3. 擴張式消聲器又稱膨脹式消聲器，由各個擴張室與連管連接起來組成。它是利用橫斷面積的擴張、收縮引起聲波的反射與干涉來進行消聲的。其消聲性能主要取決于擴張室的擴張比和長度。

抗性消聲器選用要點：

1. 抗性消聲器選用主要控制參數消聲量、頻譜特性、風速、風量、空氣阻力（系數）。

2. 共振消聲器的穿孔板孔徑一般為3~10mm，微穿孔板消聲器穿孔板孔徑一般為0.5~1.0mm。抗性消聲器構造簡單，不使用吸聲材料，消除低中頻帶噪聲性能較好，且阻力小，多用于高溫、高濕場合及潔凈空調系統。

3. 消聲器消聲效果與風速有關，應按廠家產品樣本的動態消聲量選用。

4. 消聲器消聲效果與消聲器入口聲級有關，消聲器入口通常設在系統聲源較高的位置（如風機或空調機出口處）。

5. 消聲器應設于風管系統中氣流平穩的管段上，且應盡量靠近有噪聲控制要求的地方。

6. 為防止再生噪聲的影響，消聲器空氣通道內流速應根據控制噪聲級標準的要求確定，阻性消聲器一般宜在8m/s以下，最大不應宜>12m/s。微穿孔板消聲器大風速的情況下（15~20m/s），風阻較大。

7. 消聲器不宜設置在空調機房內，也不宜設置在室外，防止噪聲穿透進入消聲器后的管道。

8. 當一根風管輸送到多個房間時，宜擴大相鄰房間送風口的距離，或采用增加消聲彎頭、風管內壁粘貼吸聲材料等措施，防止房間的噪聲干擾。

9. 一般空調系統減噪選用阻抗復合式消聲器，排風系統可選用阻性消聲器。

抗性消聲器性能指標：

抗性消聲器是控制內燃機排氣噪聲的主要技術措施。大量柴油機汽車和工程機械應用，所帶來的噪聲問題已成為環境污染的重要問題之一，作為主要噪聲源之一的排氣噪聲一直是降低柴油機噪聲的研究重點。衡量抗性消聲器的性能指標主要包括：插入損失、壓力損失、裝配性能、結構工藝性和使用壽命。

插入損失：

隨著國家政策的改變，全國各地大型工程項目相繼展開。工程項目對大型機械的需求越來越多，隨之而來的是工程機械行業的大力發展。工程機械在增大功率的同時，對環境產生的噪聲影響越來越大。發動機排氣噪聲占工程機械噪聲的主要部分，使用消聲器是降低發動機排氣噪聲的最有效途徑。對于工程機械，應用最多的消聲器是抗性消聲器，因為抗性消聲器不會因發動機排出的煙塵、油漬堵塞，便于維護。本文論述了抗性消聲器的消聲原理和評價指標，并對抗性消聲器試驗設備及系統組成，包括聲學測量、氣流測量、壓力測量和插入損失測量四部分，進行了介紹。同時闡明了試驗的原理與方法，明確插入損失測量數據來源。通過分析多種抗性消聲器的試驗測試結果，建立了消聲器在970-2200r/min轉速下的1/3倍頻程頻譜。經過對噪聲頻譜的分析，探尋抗性消聲器的消聲性能與結構布置、氣流的關系。在不考慮壓力損失的條件下，抗性消聲器的消聲性能與擴張比和插入管的結構關系最為密切，插入管結構的簡化方案直接影響消聲量計算結果。在膨脹腔消聲器、穿孔管消聲器、插入管消聲器經驗計算公式以及氣流再生噪聲的基礎上，本文提出適合于復雜結構抗性消聲器的消聲量計算公式。計算方法是：把多腔消聲器分成一至兩腔單獨計算，最后疊加計算結果。將經驗公式的計算結果與試驗數據作對比，證明公式在部分頻段具有足夠的正確性、精確度。利用內燃機點火頻率計算得到的計算值，與試驗測量得到的消聲器的插入損失值誤差在5%以內，可以利用此頻率下的計算結果評價整個消聲器的消聲性能。通過計算，以減少消聲器設計初期的盲目性，縮短設計周期。

壓力損失：

隨著近年來汽車工業的迅速發展，伴之而來的汽車噪聲污染也成為全球性的問題，發動機的排氣噪聲是汽車噪聲的主要聲源之一，安裝性能良好的排氣消聲器是降低排氣噪聲的有效途徑。排氣消聲器的設計水平影響著我國汽車行業汽車質量的整體提升，排氣消聲器設計的關鍵是研究用來評價消聲性能和空氣動力性能的兩個重要指標。在當前“節能減排”、“建設環境友好型社會”的大環境下，不僅要考慮消聲性能，消聲器對發動機動力性能的影響也有重要影響，因此，在保證消聲量滿足一定標準的前提下，使消聲器的壓力損失在符合標準的情況下盡量地降低能夠有效提高發動機的燃油經濟性。不僅如此，消聲器相關技術的提高能擺脫我國部分消聲器只能依賴進口的現狀，提高國產消聲器的世界競爭力，獲得良好的經濟效益和社會效益。首先對于消聲器基本單元和不同入口流速下消聲器的壓力損失的變化規律進行了相關研究，利用計算流體力學的方法，通過前期建模、網格劃分、求解器選擇、邊界條件設定等步驟，對消聲器基本單元(擴張室、內插管、穿孔管)的內部流場進行了數值模擬，研究了消聲器基本單元結構(進出口直徑、擴張比、內插管長度及位置、穿孔管穿孔率和穿孔孔徑)對消聲器氣流速度場、壓力場、湍動能場的影響規律，探討了不同入口流速條件下消聲器消聲單元壓力損失的變化規律，為復雜結構消聲器的設計提供了一定的設計依據。其次進行了復雜單元結構(擴張室、內插管、穿孔管)的復雜結構消聲器內部流場的數值模擬。最后通過與臺架試驗結果的對比驗證了通過數值計算方法對排氣消聲器進行壓力損失計算是有效可行的。

裝配性能：

根據企業產品技術研發需求，采用計算機仿真方法對消聲器的消聲性能進行了模擬仿真，并輔以試驗手段對設計效果進行了驗證評價，最終達成設計目標，提高了消聲器性能設計的準確度和研發效率。分析了消聲器設計分析方法的發展現狀，系統闡述了消聲元件的基本消聲原理，并對消聲器的各項性能評價指標進行了詳細對比，詳述了消聲器設計過程中各基本尺寸參數的確定方法，并依此設計了輕型載貨汽車消聲器的基礎技術方案，方案選用抗性消聲器，內部機構采用擴張腔、赫姆霍茲消聲器等復合結構，主要用于消除發動機排氣系統的中低頻噪聲成分。在結構設計的基礎上，應用GT-Power軟件對消聲器性能進行了仿真計算，得到傳遞損失、插入損失等性能參數，結合分析結果，對基礎設計方案進行改進優化，并最終形成滿足設計目標的消聲器詳細設計方案;將消聲器設計方案轉化為工程圖紙，制作合格的物理樣件，對消聲器樣件總成在試驗臺架上進行了主要性能指標的測試，并與模擬仿真結果結合進行一致性對比分析。測試合格的試驗樣件最終在整車產品上進行裝配，應用測試系統和軟件對實際裝車條件下的整車噪聲進行測試及分析，根據測試結果，分析該消聲器在整車裝配條件下是否滿足整車相關性能設計目標的要求。圍繞消聲器及系統的產品性能指標，采用了仿真分析與測試試驗分析相結合的研究方法，設計了可滿足實際整車工程需要的消聲器產品，縮短了項目開發周期，降低了產品開發成本，達到了預期的產品性能目標要求。

共振式消聲器：

利用共振結構的阻抗引起聲波的反射而進行消聲。它由小孔板和共振腔構成。主要用于消除低頻或中頻窄帶噪聲或峰值噪聲。結構簡單，空氣阻力小。

擴張式消聲器又稱膨脹式消聲器：

由各個擴張室與連管連接起來組成。它是利用橫斷面積的擴張、收縮引起聲波的反射與干涉來進行消聲的。其消聲性能主要取決于擴張室的擴張比和長度。