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吸音材料对飞机噪音及风机噪声的解决方法  2013-11-14
内容概要:采用吸声材料的降噪方法解决飞机外流噪声和风机、压缩机内流噪声问题已成为业内的研究热点。经对一种吸声内衬X由穿孔蜗板、吸声材料、微穿孔板和空腔四层结构组合而成的离心风机蜗壳的初步实验表明,这种吸声蜗壳将导致风机的性能略有所降。

    采用吸声材料的降噪方法解决飞机外流噪声和风机、压缩机内流噪声问题已成为业内的研究热点。经对一种吸声内衬X由穿孔蜗板、吸声材料、微穿孔板和空腔四层结构组合而成的离心风机蜗壳的初步实验表明,这种吸声蜗壳将导致风机的性能略有所降。为了解决这一问题,本文在文献的基础上对该吸声内衬的结构进行了优化,建立了蜗壳内表面吸声系数与吸声内衬结构参数之间的简化数学物理模型,利用此模型计算了吸声材料厚度、空腔厚度以及声波频率等参数对吸声系数的影响,并计算了其理论降噪量,最后将计算结果和实验结果进行了对比分析。
    吸声蜗壳结构及噪声实验测量 X图 1X为吸声蜗壳的结构,其中的吸声内衬是由穿孔蜗板、吸声材料、微穿孔板和空腔组成的4层结构。采用吸声结构前后的穿孔蜗板内侧具有相同的几何型线,t p1 为微穿孔板厚度,t p2 为穿孔蜗板厚度,H 1 为吸声材料厚度,H 2 为空腔厚度。在设计中,微穿孔板厚度t p1 =1mm,孔径d1=1mm,穿孔率 1 e =0.8%;穿孔蜗板厚度t p2 =3mm,孔径d2=5mm,穿孔率 2 e =45%;吸声材料为玻璃棉。 离心风机噪声的实验测量在西安交通大学流体机械国家专业实验室的半消声室内进行,并按照国家标准《GB/T2888-91 风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》执行。在与出气口轴线成 45 o 的方向上且距吸声蜗壳出气口中心1 m处安装声压传感器,并按照国家标准《GB/T 1236-2000 工业通风机用标准化风道进行性能试验》进行气动性能实验。
   1、外侧蜗板 2、空腔 3、微穿孔板 (tp1) 4、吸声材料 5、穿孔蜗板 (tp2) A H 1 H 2 A 1 2 3 4 5 原风机蜗壳内壁型线 图 1 吸声蜗壳结构示意图 2 吸声蜗壳的数学物理模型 2.1 媒介材料特性和吸声系数 (1)穿孔板。厚度为 p t 、孔半径为a 、开孔率为e 的穿孔板的特性阻抗 p Z 的计算式X [5] 为 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) / / 0 0 / / 3 8 8 1 j 1 2 2 0.85 2 1 1.47 0.47 p p p p t t Z t a a a 1 /2 1 /2 1 /2 1 /2 ( ) r wr n nw d e e w d f e f e e e ü 轾  0 7 骣 骣骣 0 7 鼢 珑 犏 ÷  0 4  0 7 鼢 = + + + + + 珑 ÷  0 4 鼢  0 7 犏 ÷ 珑  0 4 鼢 珑 桫  0 7 桫 桫犏  0 7 臌 0 7  0 7  0 7 =  0 5  0 7  0 7  0 7  0 7 = - +  0 7  0 7  0 7  0 7  0 7 0 6 (1) 式中: 0 r 为空气密度;n 为空气运动粘滞系数,常温下 2 5μ 1 / m s n = ;w为声波的角频率;d 为粘性边界层厚度。 (2)多孔吸声材料。均匀且各向同性的多孔吸声材料的复波数 a k 及特性阻抗 a Z 0 4的经验公式 X [6] 分别为 0.595 0.7 0 0 a 0 1 0 1 0.189 1 0.0978 f f k j c R c R r r w w - -
    (3) 式中: 0 c 为声波在空气中的传播速度;f为声波的频率; 1 R 为流阻率X [5] ,表示多孔吸声材料单位厚度的流阻,定义为 1 1 p R v x = - (4) 其中: p表示厚度为 x 的吸声材料两面的压力差; v表示通过吸声材料的气流线速度。对于特定的吸声材料,可以将 1 R 看作是吸声材料容重 1 r 的函数,即 1 1 ( ) B R Ar = (5) 式中:常数 A 和 B 是针对超细玻璃棉的,分别为 0.122 和1.564。 对于厚度为 a t 的多孔吸声材料,其表面的声阻抗率X [5] ( ) ( ) ( ) ( ) 2 a a a a a a a 2 a a a a a cosh sinh sinh cosh Z k t Z k t Z Z Z k t Z k t  0 4 +  0 4 =  0 4 + 式中: 2 Z 为材料背面的声阻抗率。当吸声材料背面为刚性壁面时,吸声材料的表面声阻抗率 ( ) a a a a coth Z Z k t  0 4 = (3)空腔。

 


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