注册环保工程师

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扩张室消声器的设计

(1)消声器基本结构的选择

单腔扩张室在实际应用中比较少，为了在较宽的频率范围内有较好的消声效果，通常把多节不同的扩张室消声器用不同长度的插入管串联起来。多节组合的扩张室消声器的传递损失，可以先分别计算各单腔扩张室消声器的传递损失，再进行算术叠加。当然，由于各个扩张室之间存在耦合现象，总的消声量并不等于算术叠加值，但作为定性还可以采用。

通过多节扩张室的串联组合，可以改善整个消声频率特性，同时还可以提高总的消声量。

由于消声器通道截面的突然扩张和收缩，将会增大扩张室消声器的阻力损失，为了改善其空气动力性能，常借助穿孔管将扩张室的插入管连接起来。

在实际应用设计中，有时为了减少体积，把多个扩张室消声器单元，通过串联和并联等方式，合理的组合，满足声学指标和空气动力性能指标。

(2)上、下限截止频率的控制

扩张室消声器的消声量随着扩张比的增大而增加，为获得较大的消声量就要增大扩张比。可以通过两个途径达到目的：一是增加扩张室的截面积，二是缩小进、排气管的口径。而后者将受到流速、压力损失等因素的限制，对于前者也不能无限度地增大。基于平面波理论，当扩张室的横截面积过大时，波长很短的高频声波以窄声束形式从消声器通道中部通过，类似阻性消声器的高频失效频率那样，将导致消声量急剧下降。

扩张室的截面积越大，消声上限截止频率越低，即消声器的有效消声频率范围越窄。因此，扩张比不能盲目地选择太大，要兼顾消声量和消声频率两个方面。

为了解决上限截止频率的影响，可以用一组并联的小通道代替一个大通道，在每个小通道上设计安装消声器，这样即可在有足够扩张比的条件下，使扩张室截面不致过大，从而在较宽的频率范围内有较大的消声量。此外，也可以错开扩张室进、出口管的轴线。

(3)扩张室消声器的设计程序

①根据声源的频谱特性，合理地选择最大消声频率，并以此来确定各个扩张室及其插入管的长度。

②根据所需的消声量，确定消声器的扩张比m，给出扩张室截面的几何参数。

③对所设计的消声器结构，进行上、下限截止频率的验算，判定其是否在所需消声频率范围之外，如果是在所需范围之内，则应重新修改设计方案。

共振腔式消声器

1、消声原理及分类

共振腔消声器也是抗性消声器的一种主要形式。它是利用共振吸声原理进行消声的，最简单的共振消声器是单腔共振消声器。一个封闭的容积通过一个导管或多个小孔与气流通道相连，即可组成一个共振系统。孔径中的空气柱类似一个活塞，具有一定的声质量;空腔类似一个弹簧，具有一定的声顺;空气柱振动时，壁面的摩擦阻尼产生了一定的声阻，整个系统类似接上一个旁支滤波器。当声波入射到共振腔口时，因声阻抗的突然变化，一部分声能将反射回声源。同时，在声波的作用下，孔径中的空气柱产生振动，振动时的摩擦阻尼又使一部分声能转换为热能而耗散掉。这样，有少量声能辐射出去，从而达到了消声的目的。

共振腔消声器按其几何形状为：旁支型和同轴型。旁支型是指在管道侧壁设置共振结构，同轴型是指在管道的周围通过很多小孔设置共振结构，在工程上同轴型共振腔消声器使用更为广泛。

2、共振腔消声器消声量的计算

一般情况下，如果共振腔的孔径附近没有阻性声学材料时，其声阻很小，在忽略了共振腔的声阻后，通过声压连续和体积速度连续方程，可以计算单腔共振消声器的传递损失。

3、共振腔消声器的设计

在共振腔消声器中，同轴式共振腔消声器，即在气流通道的一定位置上，局部打一定排列的孔与共振腔相连，使用最为广泛。

按以下步骤进行设计：

(1)根据要消除的主要频率和所要求的消声值(倍频程或1/3倍频程)确定相应的K值。

(2)确定K值后，按 、 所确定的关系，求出共振腔的体积和传导率。

(3)在容积和传导率确定后，即可设计消声器的具体几何参数。对于确定的共振容积来说，可以有多种不同的几何形状和尺寸;对于同样的传导率数值，也可以有多种孔径、板厚、穿孔数的组合。

设计时的注意事项：

①共振腔的尺寸应小于共振频率相应波长的1/3，以保证共振腔可以视为集中参数元件。

②穿孔位置应集中共振腔的中部，所占范围应小于共振频率波长的1/12.穿孔不能过密或过稀，避免传导率的降低及声波的干涉。孔心距应大于或等于孔径的5倍。

共振腔消声器的优点是特别适用于低、中频成分突出的噪声，且消声量也比较大，这恰恰是一般阻性消声器的弱点。其缺点是消除噪声的有效频率范围窄，如果要增加共振结构的声阻，可以适当扩展有效消声频率范围。在共振腔中增加一些较大的材料，如多孔吸声材料，或在孔颈处贴薄而透声的材料，如纤维布等。在实际工程中，也经常采用多节共振腔串联的方法，把两个以上不同共振频率的共振腔串接起来，可以有效地扩展消声频率范围。

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