从消音器发的流体音分析

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1、从消音器发的流体音分析1前言为降低从风机与压缩机的吸、排气系统等发出的空气音，基本上都是在其开口部安装消音器（Muffler）装置。消音器大致分为抗性消音器，吸收型消音器和主动型消音器。近几年，通过采用相同振幅向管道系统提供逆相声音来达到消音的主动型消音装置的试验方兴未艾。但是，能够实用的几乎都是抗性消音器，或者在这种消音器上增加了吸音方式的消音器。关于通过反作用型消音器（以下简称为消音器）得出的声衰减特性，因为其使用方法简便，所以采用以一元平面波理论为基础的转移矩阵法的预测方法。另一方面，随着对降低吸、排气噪音的要求越来越高

2、，消音器内部结构复杂化的同时，工作流量增加，如压缩机排气消音器的内部流速局部达到70～80m/s。这时，实际得到的消音效果显示比根据音响理论得出的衰减特性要小得多。这个原因可以认为是：（1）因气流产生的声音；（2）因气流产生的音响特性阻抗变化。关于（2），有以假设在消音器各截面内流速相同为基础的理论分析，衰减特性发生变化的研究，但是，也有研究认为流速在100m/s以下，没有那样大的变化。与此相对，在（1）的消音器内部发生的气流音能量，特别是在中、高频范围，与流速的6次方成比例地增大，很明显地阻碍了消音器实际安装状态下的消音效果

3、。下面，本文就消音器中气流音的发生特性与发生结构，作一简单介绍。 2消音器中气流音的发生状况2.1气流音的主要频率范围为了掌握在消音器内发生的气流音实际状态，用足够大的消音器对压缩机的排气进行消音后再提供给试验消音器时，其开口部辐射噪音的频率特性如图1所示。相比不安装消音器的直管时，因高速气流通过消音器内部，在相当大的频率范围内噪音级别上升。还有，明确了因消音器内部结构的不同，发生噪音的频率特性也会不同。但是，实际的消音器内部结构很复杂，要明确气流与发生音之间的关系很困难，因此，对空腔型消音器提供稳定气流时的气流音进行研究。通

4、过风机将发生的稳定气流导入在内部能充分吸音的大前置消音器内，降低气流中的噪音后提供给试验消音器时，可以将消音器入口管的增音量近似性地看作是气流音的声压级。在固定流速下，改变单纯空腔型消音器空腔长度时的气流音发生状况如图2所示。在图中，空腔长度L在400mm(L/d=19.0)以上时几乎无法看到气流音的发生，但是，如果L达到300mm(L/d=14.3)以下时，特别是在中、低频范围内，气流音大幅度地增大。空腔长度进一步缩短时，在中频范围内，级别增高的同时，既使在尾管共鸣频率1.7kHz及其高次谐波频率时，这个级别大幅度地上升。还

5、有，既使在增加供给气流速度时，气流音同样在很大的频率范围内增大。有研究称在消音器内部发生的气流音，高次谐波成分占主导地位。但是，如上所述，可以认为消音器的气流音是由以喷流为基础、由于宽频范围噪音与气流速度变动被感应的尾管为主的各部共鸣音构成。2.2消音器的内部结构与气流音气流音的发生很大程度地受到消音器内部几何形状的影响是显而易见的，作为抗性消音器，应用最广泛的是扩张型消音器，其主要的基本单元如图3所示，但是，实际的消音器结构是组合了这些单元。根据各自的结构单元，究竟会发生怎样的气流音，下面主要介绍的是针对稳定气流的实验研究。

6、明确了消音器内部的几何形状、气流音噪音级别与频率特性有关。如果高速气流到达空腔出口，会发生包括尾管在内的高频音，通过在尾管入口部安装喇叭口型控制阀就能控制气流的剥离，降低尾管共鸣等。贯通多孔管型时，气流从所有的小孔排向空腔部，但是，在空腔出口部前，从空腔部迅速地被吸入尾管内。因这时的高速气流而产生的所谓鸣笛音就构成了贯通多孔管型消音器气流音的主要成分。还有，吸音型消音器基本上与膨胀型消音器的发生趋势相似，但是，重要点是发生的气流音功率与流速的4～6次方成比例。在几乎所有的研究中都指出：气流速度如果超过30m/s左右，在宽频范围

7、内会发生很强的气流音，特别是对中频范围内消音效果的抗性消音器，达不到实质性的消音效果。因此，作为将尾管直径为代表尺寸的斯特罗哈数（StrouhalNumber）St（St=f.d/U）的关系，在约10dB左右的差内可以预测气流音的功率谱，但是，在消音器的设计阶段，对于预测气流音发生级别来说，现有的研究报告还很不充分，必须进一步积累数据进行分析。2.3气流音发生部位的确定我们认为在了解其发生结构与降低对策的基础上，根据气流弄清楚从消音器内部的哪个部分发生怎样的二次噪音是十分有用的。我们认为单纯空腔型消音器中气流音的发生是因为入口

8、管端、空腔入口部迅速扩大，空腔出口部迅速缩小以及尾管入口部等各部位中的气流速度变化。因此，将图3所示的各种附件与内部吸音组合后安装到各个部位，通过分别控制各部的速度变动，就能调查气流音发生部位的特定及其影响度，其结果，相对于具有在消音器内发生的宽频范围成分的气流音，影响最大的