CN110822206B - 超开放式高效通风吸声单元及吸声器 - Google Patents

超开放式高效通风吸声单元及吸声器 Download PDF

Info

Publication number
CN110822206B
CN110822206B CN201911128961.XA CN201911128961A CN110822206B CN 110822206 B CN110822206 B CN 110822206B CN 201911128961 A CN201911128961 A CN 201911128961A CN 110822206 B CN110822206 B CN 110822206B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sound absorption
open type
ventilation
super
absorption unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201911128961.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110822206A (zh
Inventor
温维佳
吴肖肖
黄映洲
向霄
王蜀霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201911128961.XA priority Critical patent/CN110822206B/zh
Publication of CN110822206A publication Critical patent/CN110822206A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110822206B publication Critical patent/CN110822206B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/02—Energy absorbers; Noise absorbers
    • F16L55/033—Noise absorbers
    • F16L55/0336—Noise absorbers by means of sound-absorbing materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/02—Energy absorbers; Noise absorbers
    • F16L55/033—Noise absorbers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超开放式高效通风吸声单元，包括两个前后并排对称设置的第一、第二分列管谐振腔，每个分列管谐振腔由内框、外框构成，整体呈“回”字形，第一、第二分列管谐振腔的左右两侧均配备有盖板，从而在内外框之间形成吸声通道，在第一、第二分列管谐振腔上还设置有“一”字形的水平吸声窄缝。本发明还公开了超开放式高效通风吸声器。每个吸声单元构成一个类似于弹簧的刚性的损耗振荡器，吸声器用于安装在开放式气流通道内，能实现低频的高效吸收(>95％)和通风(>80％的风速比)，克服了现目前声学超材料需要完全密封流动通道以实现完美声吸收但无法满足通风的技术瓶颈，特别适用于空调、排气罩和流道等充满流体的环境的噪声控制。

Description

超开放式高效通风吸声单元及吸声器
技术领域
本发明涉及低频噪音处理技术领域，具体涉及一种具有超开放式高效通风性能的吸声单元，以及一种具有超开放式高效通风性能的吸声器。
背景技术
噪音消除在我们的日常生活中起着重要的作用，特别是对于低频噪声(在50到1000Hz之间)，由于其穿透力高，目前实现低频噪声的有效吸声仍是一项非常艰巨的工作。
在过去的二十年中，已经提出了各种声学超材料吸收器来克服天然吸声材料在处理低频声音(<1000Hz)时的固有局限性。一旦传输受阻，它们就会在定制的工作频率上产生高效率的吸收。与传统的多孔材料相比，它们可以在潮湿和狭窄空间等恶劣环境中去控制噪音并改善声音环境。然而，在日常生活和工业中，噪声的产生通常伴随着不稳定的流体流动，特别是与管道，喷嘴和涡轮机内部或周围的湍流有关。此外，流体必须具有自由流通的通道，以使相应的设备、装置或设施正常工作。这样的实际情况是许多先前的超材料吸声器无法做到，因为它们通常需要完全密封流动通道使得背景流体无法流通而实现完美吸声。否则，如果有背景流体流动，吸收率可能会大大降低，通常不能超过50％。最近，已经证明了几种通风的超材料吸收器，但是与可定制的宽带高效通风完美吸声器相比，它们的性能(包括工作频率，带宽和最大吸收)仍然不令人满意，其中一些可以同时在低频下实现高效的声反射(>90％)和通风(>60％)。这种性能缺陷可归因于单个亚波长散射的最大吸收截面仅为其最大散射截面的四分之一所致。
发明内容
本发明旨在提供一种专用于低频噪音处理的超开放式高效通风吸声单元，它可以实现低频的高效吸收和通风，以克服现目前声学超材料需要完全密封流动通道使得背景流体无法流动的缺陷，适用于空调、排气罩和流道等充满流体的环境的噪声控制。
本发明所采用的技术方案是：一种超开放式高效通风吸声单元，包括两个前后并排对称设置的第一分列管谐振腔和第二分列管谐振腔，每个分列管谐振腔由内框、外框构成，整体呈“回”字形，且第一、第二分列管谐振腔的左右两侧均配备有盖板，从而在内外框之间形成吸声通道；在第一分列管谐振腔的外框前侧壁中部、内框前侧壁中部、外框后侧壁中部，在第二分列管谐振腔的外框前侧壁中部、内框后侧壁中部、外框后侧壁中部分别设置有“一”字形的水平吸声窄缝。
同时，本发明还提供了一种超开放式高效通风吸声器，包括至少一个如上述的超开放式高效通风吸声单元，所述超开放式高效通风吸声单元固定安装在开放通风的气流通道内，超开放式高效通风吸声单元的横截面小于气流通道的横截面，从而在气流通道的内壁与超开放式高效通风吸声单元的外壁之间形成气流通过空间。
作为优选，所述气流通道内左右并排设置有若干个超开放式高效通风吸声单元，构成一个超开放式高效通风吸声单元组，在气流通道内上下间隔设置有若干个超开放式高效通风吸声单元组，上下相邻的两个超开放式高效通风吸声单元组之间的间隔构成所述的气流通过空间，位于同一超开放式高效通风吸声单元组的吸声通道通过自带的盖板隔开。根据气流通道的横截面尺寸选配不同数量的超开放式高效通风吸声单元，当采用上下间隔设置的多个超开放式高效通风吸声单元组时，上下相邻的两个超开放式高效通风吸声单元组之间的间隔构成气流通过空间，进一步确保通风和吸声效果。
进一步优选为，所述第一、第二分列管谐振腔采用的材质为光敏树脂，其弹性模量为2.46GPa，密度为1.10g/cm3。
本发明的有益效果是：超开放式高效通风吸声单元采用两个分别呈“回”字形的弱耦合分列管谐振腔，并结合盖板形成的吸声通道、多个“一”字形的水平吸声窄缝，使每个吸声单元构成一个类似于弹簧的刚性的损耗振荡器，用于安装在横截面更大的开放式气流通道内，能实现低频的高效吸收(>95％)和通风(>80％的风速比)，克服了现目前声学超材料需要完全密封流动通道以实现完美声吸收但无法满足通风的技术瓶颈，特别适用于空调、排气罩和流道等充满流体的环境的噪声控制。
附图说明
图1是超开放式高效通风吸声单元的立体图。
图2是超开放式高效通风吸声单元的左/右侧视图(不包括盖板)。
图3是超开放式高效通风吸声器安装在气流通道内的断面图。
图4是超开放式高效通风吸声单元的理论支撑示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1、图2所示，一种超开放式高效通风吸声单元，由两个前后并排对称设置的第一分列管谐振腔1和第二分列管谐振腔2构成。每个分列管谐振腔由内框、外框构成，整体呈“回”字形。第一分列管谐振腔1、第二分列管谐振腔2的左右两侧均配备有盖板(图中未示出)，从而在内外框之间形成吸声通道。
在第一分列管谐振腔1的外框前侧壁中部、内框前侧壁中部、外框后侧壁中部，在第二分列管谐振腔2的外框前侧壁中部、内框后侧壁中部、外框后侧壁中部分别设置有“一”字形的水平吸声窄缝。
一种超开放式高效通风吸声器，包括至少一个上述的超开放式高效通风吸声单元A。超开放式高效通风吸声单元A固定安装在开放通风的气流通道B内，超开放式高效通风吸声单元A的设置数量根据气流通道B的横截面尺寸确定。
超开放式高效通风吸声单元A的横截面小于气流通道B的横截面，从而在气流通道B的内壁与超开放式高效通风吸声单元A的外壁之间形成气流通过空间C。超开放式高效通风吸声单元由弱耦合的分裂管谐振腔组成，其吸声及通风效果通过数值计算和实验测量得以证明，能实现低频的高效吸收(>95％)和通风(>80％的风速比)，通过优化堆叠具有不同谐振频率的超开放式高效通风吸声单元A来实现宽带吸收。
如图3所示，最好是，气流通道B内左右并排设置有若干个超开放式高效通风吸声单元A，构成一个超开放式高效通风吸声单元组。每组超开放式高效通风吸声单元组包括左右并排设置的四个超开放式高效通风吸声单元A。在气流通道B内上下间隔设置有若干个超开放式高效通风吸声单元组。在气流通道B内上下间隔设置有三个超开放式高效通风吸声单元组。上下相邻的两个超开放式高效通风吸声单元组之间的间隔构成的气流通过空间C，位于同一超开放式高效通风吸声单元组的吸声通道通过自带的盖板3隔开。盖板3设置在超开放式高效通风吸声单元A的左右两侧，正好将超开放式高效通风吸声单元A的左右两端封住。
第一分列管谐振腔1、第二分列管谐振腔2采用的材质的弹性模量为2.46GPa，密度为1.10g/cm3，但不限于此。
下面对超开放式高效通风吸声单元进行理论说明。
如图4所示，每个超开放式高效通风吸声单元(以下简称为“UVMA单元”)构成一个类似于弹簧的刚性的损耗振荡器。
(a)UVMA单元的横截面(xz平面)，其有效模型包括有损质量和弹簧。下标表示每个分列管谐振腔(1,输入侧；2,输出侧)。(b)由(S11)等式对UVMA单元的模拟(实线)和拟合(散射)吸收光谱(wchan＝1.5mm和wchan＝3.5mm时)。(c)从模拟中获得的比率κc/(ηr+ηl)。(d)从模拟中获得的吸收峰的频率。
Note 1.耦合损耗振荡器的有效模型
为了建立一个有效的模型来分析两个谐振器之间的相互作用，我们将UVMA单元建模为两个耦合的损耗振荡器，每个振荡器的质量为m，弹簧常数为k，如图4(a)所示。用该方程描述了耦合损耗振荡器在外力作用下的运动
Figure GDA0002521512610000051
下标代指的不同的谐振器(1,input side；2,output side),xi表示的振幅,ηl代表的热粘损耗,ηr代表的辐射损耗,ηc代表两个谐振器之间的辐射耦合,Fi是作用在第i个谐振器上的力模拟了对应的谐振器.可以模拟单组的耦合谐振器，或者耦合谐振器的阵列，周期性导致了ηr和ηc的不同。进一步分析，我们假设时域波长的因子e-iωt，将这个方程转化为频域
Figure GDA0002521512610000061
与振幅的比率Xij定义为Xij＝xi/xj,,因此
Figure GDA0002521512610000062
由此，我们得到x1和x2的表达式
Figure GDA0002521512610000063
可以推出
Figure GDA0002521512610000064
力的比值Fij＝Fi/Fj.且X12＝1/X21,解方程Eq.(S5)得到了X21的显式方程
Figure GDA0002521512610000065
参数
Figure GDA0002521512610000066
固有频率，
Figure GDA0002521512610000067
是临界阻尼系数.然后求一段时间内振子的平均耗散功率
Figure GDA0002521512610000068
对于单边入射，它可以看作是对称入射和反对称入射的线性叠加,因此，我们将外力分别表示为F1＝pS0和F2＝0，其中S0是谐振器的有效面积，p是入射声压。F21＝0,则耗散功率为
Figure GDA0002521512610000071
和
Figure GDA0002521512610000072
另一方面，其入射功率可以被表示为
Figure GDA0002521512610000073
其中Sinc是入射通道的面积，Z是声阻抗。因此，振荡器的吸收系数等于耗散功率与入射功率之比
Figure GDA0002521512610000074
Figure GDA0002521512610000075
是无透射时的参考辐射阻尼衰减
显然，最大或最小吸收发生在满足条件的频率上
Figure GDA0002521512610000076
为了有可能得到直观的可解析分析，我们考虑深亚波长情况，使得ηr为纯实数，ηc＝iκc为纯虚数。经过繁琐的代数运算后，发现(S12)能直接得到结果
ω＝ω0 (S13)
其它的解被这个方程所决定
Figure GDA0002521512610000081
事实上,当方程Eq.(S14)有实数解,吸收谱会在ω0处出现两个峰.存在的实数解推出了这个不等式
Figure GDA0002521512610000082
其中,
Figure GDA0002521512610000083
得到
Figure GDA0002521512610000084
经过一系列代数变换，得到
Figure GDA0002521512610000085
其中
Figure GDA0002521512610000086
最大的吸收Amax是
Figure GDA0002521512610000087
方程Eqs.(S16)和(S19)确认在图3处观察到的最大吸收的分裂是由于两个谐振器的最大的耦合辐射
另一方面,如果辐射耦合κc变得足够小,例如
Figure GDA0002521512610000088
方程Eq.(S14)没有实数解，这两个吸收峰将会发生简并。相应的,这个最大吸收Amax将会在ω0处出现,其吸收值等于
Figure GDA0002521512610000091
Note 2.Emergence of 90°-相位差的出现与吸声峰的合并
正如上面所提到的，两个吸收峰的合并使得最大的吸收值出现在ω0.对于ω0附近的(角)频率,我们指的是ω＝ω0+δω,单侧入射的振动率可以被表示为
Figure GDA0002521512610000092
我们忽略其高阶项.X21,0的相位在共振ω0恰好是-90°,第二个谐振器的相位滞后于第一个入射波入射的谐振器。

Claims (3)

1.一种超开放式高效通风吸声单元，其特征在于：包括两个前后并排对称设置的第一分列管谐振腔(1)和第二分列管谐振腔(2)，每个分列管谐振腔由内框、外框构成，整体呈“回”字形，且第一、第二分列管谐振腔(1、2)的左右两侧均配备有盖板，从而在内外框之间形成吸声通道；在第一分列管谐振腔(1)的外框前侧壁中部、内框前侧壁中部、外框后侧壁中部，在第二分列管谐振腔(2)的外框前侧壁中部、内框后侧壁中部、外框后侧壁中部分别设置有“一”字形的水平吸声窄缝。
2.一种超开放式高效通风吸声器，其特征在于：包括至少一个如权利要求1所述的超开放式高效通风吸声单元(A)，所述超开放式高效通风吸声单元(A)固定安装在开放通风的气流通道(B)内，超开放式高效通风吸声单元(A)的横截面小于气流通道(B)的横截面，从而在气流通道(B)的内壁与超开放式高效通风吸声单元(A)的外壁之间形成气流通过空间(C)。
3.根据权利要求2所述的超开放式高效通风吸声器，其特征在于：所述气流通道(B)内左右并排设置有若干个超开放式高效通风吸声单元(A)，构成一个超开放式高效通风吸声单元组，在气流通道(B)内上下间隔设置有若干个超开放式高效通风吸声单元组，上下相邻的两个超开放式高效通风吸声单元组之间的间隔构成所述的气流通过空间(C)，位于同一超开放式高效通风吸声单元组的吸声通道通过自带的盖板隔开。
CN201911128961.XA 2019-11-18 2019-11-18 超开放式高效通风吸声单元及吸声器 Expired - Fee Related CN110822206B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911128961.XA CN110822206B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 超开放式高效通风吸声单元及吸声器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911128961.XA CN110822206B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 超开放式高效通风吸声单元及吸声器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110822206A CN110822206A (zh) 2020-02-21
CN110822206B true CN110822206B (zh) 2020-09-04

Family

ID=69556439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911128961.XA Expired - Fee Related CN110822206B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 超开放式高效通风吸声单元及吸声器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110822206B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112651155A (zh) * 2020-12-19 2021-04-13 重庆大学 通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法
CN112728275A (zh) * 2020-12-19 2021-04-30 重庆大学 非单一低频超开放通风可调节吸声单元
CN112863469B (zh) * 2020-12-19 2022-07-15 重庆大学 低频超开放通风自适应高效吸声器
CN113066465A (zh) * 2021-02-05 2021-07-02 南京大学 一种低频吸声结构和吸声方法
CN113216025B (zh) * 2021-05-06 2022-06-10 北京交通大学 一种道路声屏障降噪装置及其结构设计方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01302060A (ja) * 1988-05-30 1989-12-06 Sankyo Kogyo Kk 送気ダクトの共振消音装置
CN101165320A (zh) * 2006-10-18 2008-04-23 方建升 格栅式谐波消声器
CN202139715U (zh) * 2010-12-15 2012-02-08 广州和升隔音技术有限公司 一种双悬浮隔音墙体构成的全消声室
CN106765678A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 美的集团股份有限公司 消声器以及空调系统
CN206861840U (zh) * 2017-06-14 2018-01-09 武汉源海博创科技有限公司 一种矩阵式消声器
CN107990079A (zh) * 2017-11-24 2018-05-04 深圳市尚维高科有限公司 允许流体通过的低频吸声器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01302060A (ja) * 1988-05-30 1989-12-06 Sankyo Kogyo Kk 送気ダクトの共振消音装置
CN101165320A (zh) * 2006-10-18 2008-04-23 方建升 格栅式谐波消声器
CN202139715U (zh) * 2010-12-15 2012-02-08 广州和升隔音技术有限公司 一种双悬浮隔音墙体构成的全消声室
CN106765678A (zh) * 2017-01-09 2017-05-31 美的集团股份有限公司 消声器以及空调系统
CN206861840U (zh) * 2017-06-14 2018-01-09 武汉源海博创科技有限公司 一种矩阵式消声器
CN107990079A (zh) * 2017-11-24 2018-05-04 深圳市尚维高科有限公司 允许流体通过的低频吸声器

Also Published As

Publication number Publication date
CN110822206A (zh) 2020-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110822206B (zh) 超开放式高效通风吸声单元及吸声器
Kumar et al. Ventilated acoustic metamaterial window panels for simultaneous noise shielding and air circulation
CN106205590B (zh) 一种分形吸声超结构
CN102094922B (zh) 一种多孔橡胶材料构件及其全频程振动声学性能分析方法
CN105845122B (zh) 一种超薄双向声阻隔通道
Zhang et al. Design of a honeycomb-microperforated panel with an adjustable sound absorption frequency
CN210508947U (zh) 一种可吸收宽带低频噪声的百叶窗
WO2018153318A1 (zh) 一种降噪装置和机柜
CN109036362B (zh) 一种宽带低频声学吸声器
Shao et al. A tunable metamaterial muffler with a membrane structure based on Helmholtz cavities
CN112435647A (zh) 吸声单元及吸声装置
Lawrie et al. On tuning a reactive silencer by varying the position of an internal membrane
CN212614404U (zh) 一种宽频通风隔声窗单元结构及宽频声屏障
CN115731912A (zh) 一种微穿孔板吸声结构及设计方法
Herrin et al. A guide to the application of microperforated panel absorbers
CN113035166A (zh) 一种通风吸声超材料
Yang et al. Investigation of extended-tube liners for control of low-frequency duct noise
JPS6337245B2 (zh)
CN110807288A (zh) 可定制宽频的高效通风吸声器有限元模拟及演示验证方法
CN114446271A (zh) 一种具有宽带吸声性能的亚波长多狭缝吸声超结构
CN105909598A (zh) 一种全频段液压系统压力脉动抑制装置
Yu et al. Low frequency interactions between coupled narrow sidebranch arrays and the resulted sound transmission losses
CN211087916U (zh) 声学超材料大面积短通道宽频通风隔音器和屏障
Oldham et al. Modelling the acoustical and airflow performance of simple lined ventilation apertures
CN112854990A (zh) 一种宽频通风隔声窗单元结构及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200904

Termination date: 20211118

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee