CN111609243B - 一种大等效直径锥形串联式消声通道的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大等效直径锥形串联式消声通道的制造方法，包括如下步骤：(1)确定串联式消声通道的初始等效直径D₀和末尾等效直径D_f；(2)基于初始等效直径D₀和末尾等效直径D_f，并根据高频失效上限截止频率，计算串联式消声通道的分段数n；(3)基于串联式消声通道的分段数n，计算每段消声通道的长度L_n；(4)基于串联式消声通道的分段数n，计算每段消声通道的覆盖频率上限f_Hn；(5)基于L_n和f_Hn，确定每段消声通道的具体制造类型。本发明基于消声通道的高频失效上限截止频率的变化，对大等效直径锥形环状消声通道进行分段串联式消声制造，在达到良好消声性能的同时，大幅度降低整个消声装置的成本。

Description

一种大等效直径锥形串联式消声通道的制造方法

技术领域

本发明涉及一种大等效直径锥形串联式消声通道的制造方法，属于消声器材技术领域。

背景技术

如图1所示，大等效直径锥形通道(典型如大型风洞内动力段排气通道)，其特点是通道本身的等效直径较大，长度较长，且通道内部存在尺寸较大的导流锥体。由于气动制造的限制不允许在通道内部设置消声片类的障碍物，降噪结构限制为环状消声通道。在等效直径较大的情况下，消声通道的实际消声性能受高频失效上限截止频率的限制，随锥形环状消声通道等效直径变大的影响，高频失效现象越来越严重。因此，在较长的消声通道内采用同样结构的消声结构，会造成巨大的浪费且消声性能也会较差。

发明内容

针对上述突出问题，本发明提供一种大等效直径锥形串联式消声通道的制造方法，本发明的制造方法基于消声通道的高频失效上限截止频率的变化，对大等效直径锥形环状消声通道进行分段串联式消声制造，在达到良好消声性能的同时，大幅度降低整个消声装置的成本，具有巨大的工程应用价值。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种大等效直径锥形串联式消声通道的制造方法，包括如下步骤：

(1)建立锥形串联式消声通道的模型，确定串联式消声通道的初始等效直径D₀和末尾等效直径D_f；

(2)基于初始等效直径D₀和末尾等效直径D_f，并根据高频失效上限截止频率，计算串联式消声通道的分段数n；

(3)基于串联式消声通道的分段数n，计算每段消声通道的长度L_n；

(4)基于串联式消声通道的分段数n，计算每段消声通道的覆盖频率上限f_Hn；

(5)选择与所述步骤(3)、(4)获得的L_n和f_Hn对应的消声通道段，然后组装成消声通道。

所述的制造方法，优选地，所述步骤(1)包括如下具体步骤：

1a)串联式消声通道的初始等效直径

1b)串联式消声通道的末尾等效直径

其中，D_T为串联式消声通道的外直径，D_z0为导流锥的初始直径，D_zf为导流锥的末尾直径。

所述的制造方法，优选地，所述步骤(2)包括如下具体步骤：

2a)串联式消声通道初始的高频失效上限截止频率f₀₁＝1.85c/D₀；

2b)串联式消声通道末尾的高频失效上限截止频率f_0f＝1.85c/D_f；

2c)计算串联式消声通道的分段数n，Δf＝(f₀₁-f_0f)/n；

其中，n为分段数且n≥1，Δf为频率分辨率(单位Hz)，且Δf>20Hz，c为声速(单位m/s)。

所述的制造方法，优选地，所述步骤(3)包括如下具体步骤：

3a)串联式消声通道的分段数为n，n＝1,2,…N，第n-1段消声通道的高频失效上限截止频率设为f_n-1，等效直径D_n-1，锥体直径D_z(n-1)；第n段消声通道的高频失效上限截止频率设为f_n，等效直径D_n，锥体直径D_zn；则有频率Δf＝f_n-1-f_n，D_n＝D_n-1/(1-Δf/1.85c*D_n-1)；

3b)根据等效直径的计算公式，则有

那么

ΔD_dn＝D_z(n-1)-D_zn；其中，ΔD_dn为第n段消声通道所在位置锥体直径的变化量；

3c)计算每段消声通道的长度L_n，L_n＝(ΔD_dn*L)/(D_z0-D_zf)。

所述的制造方法，优选地，所述步骤(4)采用如下公式计算：

f_Hn＝(f₀₁-(n-1)*Δf)*8。

所述的制造方法，优选地，所述步骤(5)对各消声通道进行针对性制造，其中第n段消声通道制造方法为：

5a)当f≤f₀₁-(n-1)*Δf时，消声通道中消声单元各频带的法向吸声系数>0.9；

5b)当f₀₁-(n-1)*Δf<f<f_Hn时，消声通道中消声单元各频带的法向吸声系数不做限制；

5c)当所述5a)无法完全满足时，先满足对接近f₀₁-(n-1)*Δf频带的要求；

其中，f为高频失效上限截止频率。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明利用一种新的制造方法，将锥形串联式消声通道分成n段，然后计算每段消声通道的长度L_n和f_Hn，再基于L_n和f_Hn，确定每段消声通道的具体制造类型，使得在较长的消声通道内同时存在多种消声器；避免在较长的消声通道内采用同样结构的消声结构，造成巨大的浪费且消声性能也会较差；

2、本发明的制造方法基于消声通道的高频失效上限截止频率的变化，对大等效直径锥形环状消声通道进行分段串联式消声制造，在达到良好消声性能的同时，大幅度降低整个消声装置的成本，具有巨大的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明中锥形环状消声通道的结构示意图；

图2为本发明中一个实施例中的锥形环状消声通道的结构示意图；

图中各标记如下：

S1～S4为根据本发明设计的消声通道，其消声单元的法向吸声系数在高频截止频率及以下频带位置均大于0.9。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图2所示，某大型风洞噪声控制项目，需要在管道内部壁面设置消声通道。

计算步骤如下：

1)设置初始条件：管道长度L＝10m，管道内径D_T＝3m，管道中心导流锥初始直径D_z0＝2m，管道中心导流锥末尾直径D_zf＝1m；

2)计算消声通道的初始等效直D₀和末尾等效直径D_f：

3)计算串联式消声通道初始的高频失效上限截止频率f₀₁和末尾的高频失效上限截止频率f_0f：f₀₁＝1.85c/D₀＝281Hz，f_0f＝1.85c/D_f＝222Hz；

4)计算消声通道的分段数n：将频率分辨率Δf设置为20Hz，那么根据公式Δf＝(f₀₁-f_0f)/n计算，n＝3；

5)根据D_n＝D_n-1/(1-Δf/1.85c*D_n-1)，可推导出D₁＝D₀/(1-Δf/1.85c*D₀)，则D₁＝2.407m，依此类推D₂＝2.607m，D₃＝2.842m；

6)根据

可推导出D_z1＝1.791m，D_z2＝1.484m，D_z3＝0.961m；则根据ΔD_dn＝D_z(n-1)-D_zn，ΔD_d1＝0.2m，ΔD_d2＝0.3m，ΔD_d3＝0.5m；

7)根据L_n＝(ΔD_dn*L)/(D_z0-D_zf)，则L₁＝2m，L₂＝3m，L₃＝5m；

8)根据每段消声通道的覆盖频率上限f_Hn，f_Hn＝(f₀₁-(n-1)*Δf)*8，可推导出f_H1＝2248Hz，f_H2＝2088Hz，f_H3＝1768Hz；

9)综上所述，第1段消声通道的设计目标为频率f<281Hz时，消声通道消声单元各频带的法向吸声系数>0.9，当281Hz<f<2248Hz时，消声通道消声单元各频带的法向吸声系数不做限制；同理第2段消声通道的设计目标为频率f<261Hz时，消声通道消声单元各频带的法向吸声系数>0.9，当261Hz<f<2088Hz时，消声通道消声单元各频带的法向吸声系数不做限制；第3段消声通道的设计目标为频率f<221Hz时，消声通道消声单元各频带的法向吸声系数>0.9，当221Hz<f<1768Hz时，消声通道消声单元各频带的法向吸声系数不做限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种大等效直径锥形串联式消声通道的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立锥形串联式消声通道的模型，确定串联式消声通道的初始等效直径D₀和末尾等效直径D_f；

(2)基于初始等效直径D₀和末尾等效直径D_f，并根据高频失效上限截止频率，计算串联式消声通道的分段数n；

(3)基于串联式消声通道的分段数n，计算每段消声通道的长度L_n；

(4)基于串联式消声通道的分段数n，计算每段消声通道的覆盖频率上限f_Hn，f_Hn＝(f₀₁-(n-1)*Δf)*8；

(5)选择与所述步骤(3)、(4)获得的L_n和f_Hn对应的消声通道段，然后组装成消声通道；

所述步骤(1)包括如下具体步骤：

1a)串联式消声通道的初始等效直径

1b)串联式消声通道的末尾等效直径

其中，D_T为串联式消声通道的外直径，D_z0为导流锥的初始直径，D_zf为导流锥的末尾直径；

所述步骤(2)包括如下具体步骤：

2a)串联式消声通道初始的高频失效上限截止频率f₀₁＝1.85c/D₀；

2b)串联式消声通道末尾的高频失效上限截止频率f_0f＝1.85c/D_f；

2c)计算串联式消声通道的分段数n，Δf＝(f₀₁-f_0f)/n；

其中，n为分段数且n≥1，Δf为频率分辨率且Δf>20Hz，c为声速；

所述步骤(3)包括如下具体步骤：

3a)串联式消声通道的分段数为n，n＝1,2,…N，第n-1段消声通道的高频失效上限截止频率设为f_n-1，等效直径D_n-1，锥体直径D_z(n-1)；第n段消声通道的高频失效上限截止频率设为f_n，等效直径D_n，锥体直径D_zn；则有频率Δf＝f_n-1-f_n，D_n＝D_n-1/(1-Δf/1.85c*D_n-1)；

3b)根据等效直径的计算公式，则有

那么

ΔD_dn＝D_z(n-1)-D_zn；其中，ΔD_dn为第n段消声通道所在位置锥体直径的变化量；

3c)计算每段消声通道的长度L_n，L_n＝(ΔD_dn*L)/(D_z0-D_zf)。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤(5)包括如下具体步骤：

5a)当f≤f₀₁-(n-1)*Δf时，消声通道中消声单元各频带的法向吸声系数>0.9；

5b)当f₀₁-(n-1)*Δf<f<f_Hn时，消声通道中消声单元各频带的法向吸声系数不做限制；

5c)当所述5a)无法完全满足时，先满足对接近f₀₁-(n-1)*Δf频带的要求；

其中，f为高频失效上限截止频率。

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