CN105650848B - 一种s型耦合弯管消声降噪装置及其消声降噪处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种S型耦合弯管消声降噪装置及其消声降噪处理方法，S型耦合弯管消声降噪装置包括上顶板、下底板、弧面a和弧面b分别作为侧面合围得到；上顶板与下底板相同；弧面a和弧面b相同；在所述上顶板、下底板、弧面a和弧面b被划分为高噪音区、中噪音区和低噪音区；在所述高噪音区和中噪音区的位于弯管内的表面设置有厚度不同的消声材料。本发明的各部位的消声材料以及厚度不相同，可有效减小噪声量，并且节约消声材料使用量，降低弯头的造价。

Description

一种S型耦合弯管消声降噪装置及其消声降噪处理方法

技术领域

本发明属于通风空调领域，具体涉及一种耦合弯管，特别是一种S型耦合弯管消声降噪装置及其消声降噪方法。

背景技术

噪声是室内环境品质的影响因素之一，噪声会对人员工作效率产生影响，尤其对精密加工工人或者脑力劳动者的影响更为明显：它会分散人的注意力甚至损害人体健康。在通风空调系统中，气流在风管弯头内流动时会产生再生噪声，风速越大再生噪声越大。噪声通过风管传播，在风管弯头处产生的噪声位于通风空调系统的消声器后面，消声器无能为力。因此，通风空调系统中弯管噪声控制成为建筑内噪声控制的一个十分关键的问题。

目前，控制弯管噪声主要有两种方式：一种方法是在通风空调设计中将主风管的流速控制在8m/s内，以减轻气流与管道之间的摩擦以及气流激发的管壁振动产生的噪声。但是，在流体输送管路中，S型耦合弯管是非常常见的改变流体流向的管件。由于流体的转弯，出现了从曲率中心向弯管外弧面的离心力，这就使得流体从管道的直管道过渡到弯曲管段时，外弧面压力增大而内弧面的压力降低。所以，在外弧面处流体的流速减小，而内弧面处流体的流速相应地增大，很容易在某些部位产生大于8m/s的流速，在室内产生难以消除的噪声，从而影响室内人员的身心健康。另一种方法是在管道内部全部应用消声材料铺设进行消声，这样不仅导致管道内阻力变得很大，需要的能量消耗增大，送风风机等设备也要选去较大型号，增大初投资费用和安装难度。而且当前具有集中通风空调的建筑内风管面积都很大，需要使用大量的消声材料，费用不菲。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种S型耦合弯管消声降噪装置。本发明的各部位的消声材料以及厚度不相同，可有效减小噪声量，并且节约消声材料使用量，降低弯头的造价。

为实现上述技术任务，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种S型耦合弯管消声降噪装置，包括上顶板、下底板、弧面a和弧面b分别作为侧面合围得到；上顶板与下底板相同；弧面a和弧面b相同；在所述上顶板、下底板、弧面a和弧面b被划分为高噪音区、中噪音区和低噪音区；在所述高噪音区和中噪音区的位于弯管内的表面设置有厚度不同的消声材料。

进一步的，所述高噪声区的位于弯管内的表面设置的消声材料为聚氨酯橡胶。

进一步的，利用下式计算所述消声材料的厚度：

式中，H_h为高噪音区聚氨酯橡胶涂抹的厚度，mm；δ为弯管壁厚，mm；L_max-h为板面的最大声压级值，dB；L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值，dB；L_P为高噪音区中任意点处的声压级，dB；γ₁为高噪音区厚度常数系数，1≤γ₁≤6；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

进一步的，所述中噪音区的位于弯管内的表面设置的消声材料为树脂改性沥青。

进一步的，所述消声材料的厚度：

式中，H_m为中噪音区树脂改性沥青涂抹的厚度，mm；δ为弯管壁厚，mm；L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值，dB；L_m-l为划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值，dB；L_P为中噪音区中任意点处的声压级，dB；γ₂为中噪音区厚度常数系数，1≤γ₂≤6；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

本发明的另一目的在于提供一种对S型耦合弯管的噪音处理方法，包括以下步骤：

步骤1：求解S型耦合弯管的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)和压力场P(x,y,z)；

步骤2：根据步骤1得到的S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)和压力场P(x,y,z)，代入式1所示的声学脉动偏微分方程，然后对式1进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代求解离散化后的式1，得到声学脉动偏微分方程的流动分量u_a(x,y,z)和P_a(x,y,z)，进而得到紊流脉动动能k和紊流脉动动能的耗散率ε。

(式1)

式中，t为时间，s；i和j为直角坐标系的方向分量；ρ为空气密度，kg/m³；ρ_a为板面上的空气密度，kg/m³；u'为脉动速度，m/s；P'为脉动压力，Pa；U为S型耦合弯管稳态湍流速度，m/s；P为S型耦合弯管压力，Pa。

步骤3：根据步骤2求解得到的紊流脉动动能k和紊流脉动动能的耗散率ε，分别计算上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级L_P，从而得到上底板、下底板、弧面a和弧面b各自的声压级范围；

步骤4：根据步骤3得到的上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级范围，分别计算得到各个板面的划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值L_h-m；同时计算得到内弧面、上顶板与下底板的划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值L_m-l；将L_h-m在板面上对应的曲线作为板面的高噪声区包络曲线；将L_m-l在板面上对应的曲线作为板面的中噪声区包络曲线；

步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上取多个离散点，并获取这些离散点的坐标值；对中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程；然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理，得到中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线对应的拟合曲线方程。

步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各噪音区的分界线，得到各板面的高噪音区、中噪音区和低噪音区。

步骤7：在步骤6得到的每个板面的高噪音区的位于弯头内的表面涂抹聚氨酯橡胶，在中噪音区的位于弯头内的表面涂抹树脂改性沥青。

进一步的，所述步骤3中，利用下式分别计算上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级L_P：

式中：α_ε为缩尺常数，根据Sarkar&Hussaini各向同性湍流DNS模拟校准研究，取0.1；P_ref为基准声功率，W/m³，α₀为标准状况下的当地音速，m/s；ρ是空气密度，kg/m³。

进一步的，所述步骤4中，利用式3分别得到各个板面的划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值L_h-m，dB；同时利用式4得到内弧面、上顶板与下底板的划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值L_m-l，dB；

(式3)

(式4)

式中，L_max-h、L_min-l分别为板面的最大声压级值和最小声压级值，dB；α、β为区域划分常数，β/α越大，划分的高噪声区范围越大，低噪音区范围越小，需要噪声处理的区域范围就越大，弯管消声效果越好，但是消声材料的增加产生的管道阻力会增大，费用也会相应增加。经过试验验证，选取0.5＜α≤1，1≤β≤2能够有效降低管道阻力，实现较佳的消声效果。

进一步的，所述步骤7中，在高噪音区涂抹聚氨酯橡胶的厚度根据式5确定：

(式5)

式中，H_h为高噪音区聚氨酯橡胶涂抹的厚度，mm；δ为S型耦合弯管壁厚，mm；L_max-h为板面的最大声压级值，dB；L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值，dB；L_P为高噪音区中任意点处的声压级，dB；γ₁为高噪音区厚度常数系数1≤γ₁≤6；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

进一步的，所述步骤7中，在中噪音区涂抹树脂改性沥青的厚度根据式6确定：

(式6)

式中，H_m为中噪音区树脂改性沥青涂抹的厚度，mm；δ为弯管壁厚，mm；L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值，dB；L_m-l为划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值，dB；L_P为中噪音区中任意点处的声压级，dB；γ₂为中噪音区厚度常数系数，1≤γ₂≤6；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

本发明具有如下优点：

(1)通过求解声学脉动偏微分方程的方法，能够准确定位S型耦合弯管板面的噪声大小分布，有的放矢地进行消音处理，能够有效的降低风管弯头的噪声产生。

(2)对上底板、下底板以及弧面a、弧面b分别划分高噪音区、中噪音区和低噪音区，选择不同的消声材料在高噪音区和中噪音区进行消声处理，能够有针对性且准确地处理到每一个需要处理的部位，提高了消声效果。

(3)对高噪音区、中噪音区的消声材料的涂抹厚度进行精准设计，不仅对不同噪音区域选择不同消声材料，而且同一噪音区域内不同区段选择不同涂抹厚度，通过设计后的合适的厚度能够显著提高消声效果。

附图说明

图1为现有的弯管示意图；

图2为弧面a消音处理示意图；

图3为弧面b消音处理示意图；

图4为上顶板消音处理示意图；

图5为下底板消音处理示意图；

图6为现有的S型耦合弯管内声压级场示意图；

图7为现有的S型耦合弯管弧面a高噪音，中噪音和低噪音区图；

图8为现有的S型耦合弯管弧面a高噪音，中噪音和低噪音区图；

图9为现有的S型耦合弯管上顶板高噪音，中噪音和低噪音区图；

图10为现有的S型耦合弯管下底板高噪音，中噪音和低噪音区图；

图11为现有的S型耦合弯管(a)与本发明的S型耦合弯管(b)的弧面a声压级分布对比图。

图12为现有的S型耦合弯管(a)与本发明的S型耦合弯管(b)的弧面b声压级分布对比图。

图13为现有的S型耦合弯管(a)与本发明的S型耦合弯管(b)的上顶板声压级分布对比图；

图14为现有的S型耦合弯管(a)与本发明的S型耦合弯管9(b)的下底板声压级分布对比图；

图中各标号含义：1-入口；2-弧面a；3-上顶板；4-出口；5-法兰；6-下底板；7-弧面b；8-弧面a低噪音区；9-弧面a中噪音区；10-弧面a高噪音区；11-弧面b低噪音区域；12-弧面b中噪音区；13-弧面b高噪音区；14-上顶板低噪音区；15-上顶板中噪音区；16-上顶板高噪音区；17-下底板低噪音区；18-下底板中噪音区；19-下底板高噪音区。

具体实施方式

如图1所示，本发明的S型耦合弯管消声降噪装置的主体采用常见的S型耦合弯管，S型耦合弯管由上顶板3、下底板6、弧面a2和弧面b7分别作为侧面合围得到；上顶板3与下底板6相同；弧面a和弧面b相同。

为了有效消除弯头噪音，对常见的S型耦合弯管的上顶板3、下底板6、弧面a2和弧面b7分别进行消声处理。消声处理具体如下：

上顶板3、下底板6、弧面a2、和弧面b7都被划分为高噪音区、中噪音区和低噪音区。具体是：弧面a2被分为高噪音区10、中噪音区9和低噪音区8；弧面b7被分为高噪音区13、中噪音区12和低噪音区11；上顶板3分为高噪音区16、中噪音区15和低噪音区14；下底板6分为高噪音区19、中噪音区18和低噪音区17。由于低噪音区的噪声值很低，故不做消声处理。仅对各个板面的高噪音区、中噪音区进行消声处理。

可选的，在高噪声区的位于弯管内的表面涂抹聚氨酯橡胶，聚氨酯橡胶的厚度：

可选的，在中噪音区的位于弯管内的表面涂抹树脂改性沥青，树脂改性沥青的厚度：

本发明还给出了对S型耦合弯管的噪音处理方法，包括以下步骤：

步骤1：对于常见的S型耦合弯管，求解其连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)和压力场P(x,y,z)；

可选的，上述连续性方程、N-S动量方程偏微分方程组的求解是采用基于Pressurebased求解的RNG k-ε湍流模型并结合simple算法进行。

步骤2：根据步骤1得到的S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)和压力场P(x,y,z)，代入式1所示的声学脉动偏微分方程，然后对式1进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代求解离散化后的式1，得到声学脉动偏微分方程的流动分量u_a(x,y,z)和P_a(x,y,z)，进而得到紊流脉动动能k(J)和紊流脉动动能的耗散率ε(％)。

(式1)

式中，t为时间，s；i和j为直角坐标系的方向分量；ρ为空气密度，kg/m³；ρ_a为板面上的空气密度，kg/m³；u'为脉动速度，m/s；P'为脉动压力，Pa；U为S型耦合弯管稳态湍流速度，m/s；P为S型耦合弯管压力，Pa。

可选的，声学脉动偏微分方程的确定方法如下：将步骤1中所述的N-S动量方程偏微分方程组中的流动变量进行分解，得到时均流动、瞬时脉动和声学脉动三部分；由于声学脉动部分的流动分量远远小于时均流动部分和瞬时脉动部分的流动分量，通过量级比较方法，舍去时均流动部分和瞬时脉动部分的流动分量，得到上述式1所示的声学脉动偏微分方程。

步骤3：根据步骤2求解得到的紊流脉动动能k和紊流脉动动能的耗散率ε，利用式2分别计算上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级L_P(dB)，从而得到上底板、下底板、弧面a和弧面b各自的声压级范围；

(式2)

式中：α_ε为缩尺常数，根据Sarkar&Hussaini各向同性湍流DNS模拟校准研究，取0.1；P_ref为基准声功率，W/m³，α₀为标准状况下的当地音速，m/s；ρ是空气密度，kg/m³。

步骤4：根据步骤3得到的上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级范围，分别利用式3得到各个板面的划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值L_h-m，dB；同时利用式4得到内弧面、上顶板与下底板的划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值L_m-l，dB；将L_h-m在板面上对应的曲线作为板面的高噪声区和中噪声区分界线，即高噪声区包络曲线；将L_m-l在板面上对应的曲线作为板面的中噪声区和低噪声区分界线，即中噪声区包络曲线；

(式3)

(式4)

式中，L_max-h、L_min-l分别为板面的最大声压级值和最小声压级值，dB；α、β为区域划分常数，β/α越大，划分的高噪声区范围越大，低噪音区范围越小，需要噪声处理的区域范围就越大，弯头消声效果越好，但是消声材料的增加产生的管道阻力会增大，费用也会相应增加。经过试验验证，选取0.5＜α≤1，1≤β≤2能够有效降低管道阻力，实现较佳的消声效果。其中，板面是指上顶板3、下底板6、弧面a2或弧面b7；

步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上取足够多(不少于200个)离散点，并获取这些离散点的坐标值；采用Levenberg-Marquardt算法对中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程；然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理，得到中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线对应的拟合曲线方程。

从包络曲线上的点的坐标值可以看出，包络曲线上数值变化幅度不确定，参数量较多，采用优化计算领域中常用的各类迭代法时，参数初始值设定繁琐且计算难以收敛，无法求得正确结果，发明人进行了大量试验验证，发现采用Levenberg-Marquardt+通用全局优化算法，能够从任一随机初始值开始都能求得正确结果，进而能够得出各包络曲线对应的高精度、低残差的拟合曲线方程。

步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各噪音区的分界线，得到各板面的高噪音区、中噪音区和低噪音区。

步骤7：在步骤6得到的每个板面的高噪音区涂抹聚氨酯橡胶，在中噪音区涂抹树脂改性沥青，将空气层的震动的动能转化为热能消耗掉，以提高消除噪音的效果。具体如下：

在高噪音区涂抹聚氨酯橡胶的厚度根据式5确定，中噪音区涂抹树脂改性沥青的厚度根据式6确定。由式5、式6可知，同一噪音区内涂抹的消声材料厚度随着声压级L_P大小而不同，因此，在同一噪音区的不同噪音区段计算得到的消声材料厚度为一个或多个。

(式5)

(式6)

式中，H_h为高噪音区聚氨酯橡胶涂抹的厚度，mm；H_m为中噪音区树脂改性沥青涂抹的厚度，mm；δ为S型耦合弯管壁厚，mm；L_max-h为板面的最大声压级值，dB；L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值，dB；L_m-l为划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值，dB；L_P为高噪音区或中噪音区中任意点处的声压级，dB；γ₁、γ₂分别为高噪音区、中噪音区厚度常数系数，因为日常设计中要求消声材料厚度为3δ～6δ，所以1≤γ₁≤6，1≤γ₂≤6；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

根据计算得到的各板面的各噪音区需要涂抹消声材料的厚度，在高噪音区的位于弯管内的表面涂抹聚氨酯橡胶，在中噪音区的位于弯管内的表面涂抹树脂改性沥青，在同一噪音区内根据消声材料的不同厚度进行涂抹，能够进一步降低管道阻力以及材料费用。

实施例1

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

遵从上述技术方案，本实施例中的S型耦合弯管的入口和出口的截面均为320mm×250mm，上底板、下底板、弧面a和弧面b的厚度均为0.5mm，S型管道弯头是由两个90°管道弯头耦合而成，每个90°管道弯头的内弧面半径为320mm，外弧面半径为640mm，在S型耦合弯管入口前端接有2m长的直管段，出口后端接有2m长的直管段。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中风管主管段风速为5～6.5m/s，最大不超过8m/s的要求，入口前端直管段入口风速取为6m/s。

采用如下步骤对上述S型耦合弯管进行消声处理：

步骤1：对于S型耦合弯管，采用基于Pressure based求解的RNG k-ε湍流模型并结合simple算法，求解连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，并确定S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)、压力场P(x,y,z)。

步骤2：将S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)、压力场P(x,y,z)代入声学脉动偏微分方程，然后对式1进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代对式1进行求解，得到声学脉动偏微分方程的流动分量u_a(x,y,z)和P_a(x,y,z)，进而得到紊流脉动动能k(J)和紊流脉动动能的耗散率ε(％)。

步骤3：根据步骤2求解得到的紊流脉动动能k和紊流脉动动能的耗散率ε，利用式2计算内弧面、上顶板与下底板的声压级L_P(dB)，从而得到内弧面、上顶板与下底板的声压级范围，如图6所示。

步骤4：取α＝β＝1，利用式3得到上底板、下底板以及弧面a、弧面b的划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值L_h-m分别为：28.5dB，28.5B，29.3dB,28.6dB；利用式4得到上底板、下底板以及弧面a、弧面b的划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值L_m-l分别为：15.1dB,15.1dB，15.5dB，17.3dB。将L_h-m在板面上对应的曲线作为板面的高噪声区和中噪声区分界线，即高噪声区包络曲线；将L_m-l在板面上对应的曲线作为板面的中噪声区和低噪声区分界线，即中噪声区包络曲线，如图7，8，9和10所示。

步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上取200个离散点，并获取这些离散点的坐标值；采用Levenberg-Marquardt分别对中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程；然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行不依赖初值的智能优化处理，得到相关系数大于0.99的中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线对应的拟合曲线方程。

得到各板面上中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线对应的拟合曲线方程，见表1。上顶板高噪音区域包络曲线方程为1，中噪音区域包络曲线方程为2；下底板高噪音区域包络曲线方程为3，中噪音区域包络曲线方程为4；弧面a高噪音区域包络曲线方程为5，中噪音区域包络曲线方程为6；弧面b高噪音区域包络曲线方程为7，中噪音区域包络曲线方程为8。

表1 包络曲线对应的拟合曲线方程(已更正)

(x^*和y^*为无量纲坐标，其中r为弯头半径)

步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各噪音区的分界线，得到各板面的高噪音区、中噪音区和低噪音区。

步骤7：在步骤6得到的每个板面的高噪音区涂抹聚氨酯橡胶，在中噪音区涂抹树脂改性沥青。具体如下：

根据式5，分别计算上底板、下底板以及弧面a、弧面b的高噪音区内消声材料厚度(见表2)；可见，在上底板、下底板以及弧面a、弧面b的高噪音区内的不同区段得到的厚度不同；

根据计算得到的各板面高噪音区内消声材料厚度，在上底板、下底板以及弧面a、弧面b的高噪音区内按表2计算厚度涂抹聚氨酯橡胶。

根据式6，分别计算上底板、下底板以及弧面a、弧面b的中噪音区内消声材料厚度(见表2)；可见，在上底板、下底板以及弧面a、弧面b的高噪音区内的不同区段得到的厚度不同；消声材料及厚度值如表2。

表2 各噪音区消声材料及厚度

例如：上顶板上高噪音区聚氨酯橡胶涂抹的厚度H_h的求取如下：

上顶板的高噪音区域的为28.5-43.8dB，此时L_h-m＝28.5dB(L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值)，L_max-h＝43.8dB(L_max-h为板面的最大声压级值)。L_P的取值范围就是28.5-43.8dB。

第一步：首先取L_P＝28.5dB代入式5可知：

因为INT是一个数值向下取整为最接近的整数的函数，

所以INT[1.5368]＝1，

所以H_h＝γ₁×δ

第二步：同理：依次取L_P＝29-38dB代入式5可知：

H_h＝γ₁×δ

第三步：取L_P＝38dB代入式5可知：

第四步：取L_P＝43.8dB代入式5可知：

所以计算出：H_h在上顶板高噪音区域(28.5-43.8dB)中的28.5-38dB区域时，H_h＝γ₁×δ

H_h在上顶板高噪音区域(28.5-43.8dB)中的38-43.8dB区域时，H_h＝γ₁×δ×2

所以计算出同一噪音区内的不同噪音区段涂抹的消声材料厚度可以不同。

经本发明的上述方法进行消声处理后的S型耦合弯管的声压级场分布如图9，10和11。经比较，本发明的消音降噪弯头的消声效果明显，最高将高噪音区域的噪音由45.1dB减小到20.6dB,将噪音分贝降低了54.3％，将中噪音区域的噪音由29.3dB减小到15.2dB,将噪音分贝降低了48.1％。与此同时，变厚度的方法有效降低了消声材料的使用量及其产生的管道阻力，降低了初投资成本。

Claims (5)

1.一种对S型耦合弯管的噪音处理方法，其特征在于，所述方法采用S型耦合弯管消声降噪装置，所述S型耦合弯管消声降噪装置由上顶板、下底板、弧面a和弧面b分别作为侧面合围得到；上顶板与下底板相同；弧面a和弧面b相同；在所述上顶板、下底板、弧面a和弧面b都被划分为高噪音区、中噪音区和低噪音区；在所述高噪音区和中噪音区的位于弯头内的表面设置有厚度不同的消声材料；所述方法包括以下步骤：

步骤1：求解S型耦合弯管的连续性方程和N-S动量方程偏微分方程组，确定S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)和压力场P(x,y,z)；

步骤2：根据步骤1得到的S型耦合弯管稳态湍流速度场U(x,y,z)和压力场P(x,y,z)，代入式1所示的声学脉动偏微分方程，然后对式1进行一阶迎风格式离散化，并利用高斯-赛德尔迭代求解离散化后的式1，得到声学脉动偏微分方程的流动分量u_a(x,y,z)和P_a(x,y,z)，进而得到紊流脉动动能k和紊流脉动动能的耗散率ε；

式中，t为时间，s；i和j为直角坐标系的方向分量；ρ为空气密度，kg/m³；ρ_a为板面上的空气密度，kg/m³；u'为脉动速度，m/s；P'为脉动压力，Pa；U为S型耦合弯管稳态湍流速度，m/s；P为S型耦合弯管压力，Pa；

步骤3：根据步骤2求解得到的紊流脉动动能k和紊流脉动动能的耗散率ε，分别计算上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级L_P，从而得到上底板、下底板、弧面a和弧面b各自的声压级范围；

步骤4：根据步骤3得到的上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级范围，分别计算得到各个板面的划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值L_h-m；同时计算得到上底板、下底板以及弧面a、弧面b的划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值L_m-l；将L_h-m在板面上对应的曲线作为板面的高中噪声区包络曲线；将L_m-l在板面上对应的曲线作为板面的中低噪声区包络曲线；

步骤5：分别在步骤4得到的各板面上的中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上取多个离散点，并获取这些离散点的坐标值；对中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线上的离散点的坐标值进行拟合，得到原始拟合曲线方程；然后采用通用全局优化法对原始拟合曲线方程进行处理，得到中低噪声区包络曲线、高中噪声区包络曲线对应的拟合曲线方程；

步骤6：将步骤5得到每个板面的每条拟合曲线方程作为板面上各噪音区的分界线，得到各板面的高噪音区、中噪音区和低噪音区；

步骤7：在步骤6得到的每个板面的高噪音区的位于弯管内的表面涂抹聚氨酯橡胶，在中噪音区的位于弯管内的表面涂抹树脂改性沥青。

2.如权利要求1所述的对S型耦合弯管的噪音处理方法，其特征在于，所述步骤3中，利用下式分别计算上底板、下底板以及弧面a、弧面b的声压级L_P：

<mrow> <msub> <mi>L</mi> <mi>P</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>10</mn> <mi>log</mi> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>&amp;epsiv;</mi> </msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>&amp;epsiv;</mi> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mfrac> <mn>5</mn> <mn>2</mn> </mfrac> </msup> </mrow> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> </mrow> </msub> <msup> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mn>5</mn> </msup> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow>

式中：α_ε为缩尺常数，根据Sarkar&Hussaini各向同性湍流DNS模拟校准研究，取0.1；P_ref为基准声功率，W/m³，α₀为标准状况下的当地音速，m/s；ρ是空气密度，kg/m³。

3.如权利要求1所述的对S型耦合弯管的噪音处理方法，其特征在于，所述步骤4中，利用式3分别得到各个板面的划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值L_h-m，dB；同时利用式4得到上底板、下底板以及弧面a、弧面b的划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值L_m-l，dB；

式中，L_max-h、L_min-l分别为板面的最大声压级值和最小声压级值，dB；α、β为区域划分常数，β/α越大，划分的高噪声区范围越大，低噪音区范围越小，需要噪声处理的区域范围就越大，弯头消声效果越好，但是消声材料的增加产生的管道阻力会增大，费用也会相应增加。

4.如权利要求1所述的对S型耦合弯管的噪音处理方法，其特征在于，所述步骤7中，在高噪音区涂抹聚氨酯橡胶的厚度根据式5确定：

式中，H_h为高噪音区聚氨酯橡胶涂抹的厚度，mm；δ为S型耦合弯管壁厚，mm；L_max-h为板面的最大声压级值，dB；L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值，dB；L_P为高噪音区中任意点处的声压级，dB；γ₁为高噪音区厚度常数系数1≤γ₁≤6；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。

5.如权利要求1所述的对S型耦合弯管的噪音处理方法，其特征在于，所述步骤7中，在中噪音区涂抹树脂改性沥青的厚度根据式6确定：

式中，H_m为中噪音区树脂改性沥青涂抹的厚度，mm；δ为S型耦合弯管壁厚，mm；L_h-m为划分高噪音区和中噪音区的声压级阈值，dB；L_m-l为划分中噪音区和低噪音区的声压级阈值，dB；L_P为中噪音区中任意点处的声压级，dB；γ₂为中噪音区厚度常数系数，1≤γ₂≤6；INT是将一个数值向下取整为最接近的整数的函数。