CN112634852A - 一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器 - Google Patents
一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112634852A CN112634852A CN202011528231.1A CN202011528231A CN112634852A CN 112634852 A CN112634852 A CN 112634852A CN 202011528231 A CN202011528231 A CN 202011528231A CN 112634852 A CN112634852 A CN 112634852A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- resonator
- stage
- order
- array
- porous material
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 69
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 18
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 14
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 11
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008030 elimination Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 210000004460 N cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
- F24F13/24—Means for preventing or suppressing noise
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/161—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general in systems with fluid flow
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/172—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general using resonance effects
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
- F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
- F24F13/24—Means for preventing or suppressing noise
- F24F2013/245—Means for preventing or suppressing noise using resonance
Abstract
本发明属于管道噪声消除与隔声设备技术领域，具体地说，涉及一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，包括：包括外壳(1)、前级阵列式多孔材料(2)和后级多阶共鸣器阵列(3)；前级阵列式多孔材料(2)和后级多阶共鸣器阵列(3)相对设置外壳(1)内；前级阵列式多孔材料(2)设置在靠近声源端的位置处，后级多阶共鸣器阵列(3)设置在远离声源端的位置处；采用多级多孔材料阵列和高阶共鸣器阵列相结合的方式，能够满足宽频的低频降噪和通风需求，并优化共鸣器阵列的耦合结构；另外，使用高阶共鸣器阵列可以引入多个共振峰，从而拓宽共鸣器阵列的工作频带。
Description
技术领域
本发明属于管道噪声消除与隔声设备技术领域，具体地说，涉及一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器。
背景技术
噪声污染是当今社会的四大主要污染之一，消声器是允许气流通过但能阻止或减弱声波传播的装置，是降低空气动力性噪声的主要技术措施；在通风管道噪声控制中，大型设备(如地铁车辆、风机、空调等)作为噪声源，其辐射特性往往具有低频辐射强、噪声频谱宽的特点，此外，根据应用场所的需求，隔声设备往往还要具有通风的功能，因此，对于通风管道的低频、宽频噪声的控制具有较大的挑战性。
为解决上述技术问题，目前大多采用多孔材料阵列和共鸣器阵列的结构来对特定频段的噪声进行抑制。但是，现有的多孔材料阵列往往只能控制中高频段的噪声，而且需要较长的尺寸才能达到降低噪声的效果；现有的共鸣器阵列则对中低频段有效，但是，其工作频段较窄，而且往往只能限制声波的透射，不具备吸声的功能，被阻隔的噪声会返回声源处，并在噪声源与消声器之间来回反射，减弱消声器的性能。
为了满足宽频的低频降噪和通风需求，可以将两者结合起来，并优化共鸣器单元和设计耦合结构。使用高阶共鸣器单元可以引入多个共振峰，从而拓宽共鸣器阵列的工作频带。将多孔材料阵列和共鸣器阵列按照一定规律布放，可以实现两者的耦合，从而进一步提升吸声效果。最终减少整体消声器的尺寸和成本。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，其包括：包括外壳、前级阵列式多孔材料和后级多阶共鸣器阵列；
前级阵列式多孔材料和后级多阶共鸣器阵列相对设置外壳内；前级阵列式多孔材料设置在靠近声源端的位置处，后级多阶共鸣器阵列设置在远离声源端的位置处。
作为上述技术方案的改进之一，所述前级阵列式多孔材料为采用多孔材料制成的M*N个孔的多孔结构；多孔结构包括多个单孔方管或圆管；每个单孔方管或圆管形成第一空气流道；多个单孔组合在一起形成M*N个孔的多孔结构，多孔结构具有多个第一空气流道。
作为上述技术方案的改进之一，所述后级多阶共鸣器阵列包括M*N个共鸣器单元；
所述共鸣器单元包括多个横向层叠设置的共鸣器组；
所述共鸣器组包括依次首尾顺序设置的第一共鸣器、第二共鸣器、第三共鸣器和第四共鸣器，且第一共鸣器与第三共鸣器相对设置，第二共鸣器和第四共鸣器相对设置；
基于上述四个共鸣器的两两相对设置，共鸣器组的中部形成一个第二空气流道。
作为上述技术方案的改进之一，所述第一共鸣器、第二共鸣器、第三共鸣器和第四共鸣器均为一阶共鸣器、高阶共鸣器，或一阶共鸣器与高阶共鸣器的组合；
所述一阶共鸣器包括：一阶共鸣腔和一阶短管；一阶短管设置在一阶共鸣腔的中部，且一阶短管的中空通道与第二空气流道连通；
所述高阶共鸣器包括依次纵向层叠设置的第一高阶共鸣前腔和多个纵向层叠设置的第二高阶共鸣后腔；
第一高阶共鸣前腔的中部设置第一高阶短管，每个第二高阶共鸣后腔的中部设置第二高阶短管，多个第二高阶短管的中空通道是彼此连通的；第一高阶短管的中空通道与第二高阶短管的中空通道相连通，且第一高阶短管的中空通道与第二空气流道连通连通。
作为上述技术方案的改进之一，第一高阶短管的直径大于第二高阶短管的直径，第一高阶短管的轴向长度大于第二高阶短管的轴向长度，多个第二高阶短管之间的孔径和轴向长度分别依次递减。
作为上述技术方案的改进之一，所述前级阵列式多孔材料与后级多阶共鸣器阵列之间距离的获取方式为：
其中，l为前级阵列式多孔材料与后级多阶共鸣器阵列之间的距离；c为管道中空气的声速；f为所需的吸声频率；n为正整数。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明的消声器将前级多孔材料阵列与后级共鸣器阵列进行耦合，增强中低频段的吸声性能；使用一阶共鸣腔或高阶共鸣器，或一阶共鸣器与高阶共鸣器的组合共同构建后级多阶共鸣器阵列，简化和优化后级多阶共鸣器阵列的结构。整体上可实现覆盖低频段范围的宽频隔声，并缩小消声器的整体尺寸，提升了消声器的空间利用率；
2、采用多级多孔材料阵列和高阶共鸣器阵列相结合的方式，能够满足宽频的低频降噪和通风需求，并优化共鸣器阵列的耦合结构；另外，使用高阶共鸣器阵列可以引入多个共振峰，从而拓宽共鸣器阵列的工作频带。相应的，将前后级按照多孔材料阵列靠近声源，共鸣器阵列远离声源的方式进行布放，并根据管道内需要增强吸声的频段设置前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3之间的距离，可以实现两者的耦合，从而进一步提升吸声效果，最终减少整体消声器的结构，达到简化结构和优化结构的目的，同时降低了成本。
附图说明
图1是本发明的一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器的结构示意图；
图2是本发明的一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器的前级阵列式多孔材料的结构示意图；
图3是本发明的一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器的高阶共鸣器的结构示意图；
图4是本发明的消声器的传递损失和吸声系数随频率变化示意图；
图5是本发明的消声器的传递损失的理论计算和实验测量的对比曲线示意图；
图6是本发明的一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器的第一共鸣器、第二共鸣器、第三共鸣器和第四共鸣器的结构示意图。
附图标记：
1、外壳 2、前级阵列式多孔材料
3、后级多阶共鸣器阵列
21、单孔方管 22、第一空气流道
31、第一高阶短管 32、第二高阶短管
33、第一高阶共鸣器前腔 34、第二高阶共鸣器后腔
35、第二空气流道
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，所述消声器是一种多级多阶的共振复合式结构，即能够抑制管道噪声和阻抗复合式结构，包括：包括外壳1、前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3；
前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3相对设置外壳1内；前级阵列式多孔材料2设置在靠近声源端的位置处，后级多阶共鸣器阵列3设置在远离声源端的位置处。
其中，在本实施例中，所述外壳1呈长方体结构(优选为正方体结构)，前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3相对设置外壳1的底板上，且密封在外壳1内，以获得更好的降噪隔声效果。
在本实施例中，所述的前级阵列式多孔材料2，用于吸收和阻隔管道噪声中的中高频段的噪声；所述后级多阶共鸣器阵列3，用于阻隔经过前级阵列式多孔材料2初次降噪后的管道噪声中的中低频段的噪声。
如图2所示，所述前级阵列式多孔材料2为采用多孔材料制成的M*N个孔的多孔结构；多孔结构包括多个单孔方管21；每个单孔方管21形成第一空气流道22；多个单孔组合在一起形成M*N个孔的多孔结构，多孔结构具有多个第一空气流道22；
在其他具体实施例中，所述单孔方管21替换为单孔圆管。
如图3和6所示，所述后级多阶共鸣器阵列3包括M*N个共鸣器单元；所述共鸣器单元包括多个横向层叠设置的共鸣器组4；所述共鸣器组包括依次首尾顺序设置的第一共鸣器41、第二共鸣器42、第三共鸣器43和第四共鸣器44，且第一共鸣器41与第三共鸣器43相对设置，第二共鸣器42和第四共鸣器44相对设置；基于上述四个共鸣器的两两相对设置，共鸣器组4的中部形成一个第二空气流道35；能够将经过前级阵列式多孔材料2初次降噪后的管道噪声再次进行降噪，并分别对应地进入第一共鸣器41、第二共鸣器42、第三共鸣器43和第四共鸣器44，进行各自的中低频段的消声降噪处理。
所述第一共鸣器41、第二共鸣器42、第三共鸣器43和第四共鸣器44均为一阶共鸣器、高阶共鸣器，或一阶共鸣器与高阶共鸣器的组合；
所述一阶共鸣器包括：一阶共鸣腔和一阶短管；一阶短管设置在一阶共鸣腔的中部，且一阶短管的中空通道与第二空气流道连通35连通；
所述高阶共鸣器包括依次纵向层叠设置的第一高阶共鸣前腔33和多个纵向层叠设置的第二高阶共鸣后腔34；
第一高阶共鸣前腔33的中部设置第一高阶短管31，每个第二高阶共鸣后腔34的中部设置第二高阶短管32，多个第二高阶短管32的中空通道是彼此连通的，能够将噪声沿着对应的第二高阶短管进入到对应的腔体内，实现降噪和隔声的目的；第一高阶短管31的中空通道与第二高阶短管32的中空通道相连通，且第一高阶短管31的中空通道与第二空气流道连通35连通。
第一高阶短管31的直径大于第二高阶短管32的直径，第一高阶短管31的轴向长度大于第二高阶短管32的轴向长度，多个第二高阶短管32之间的孔径和轴向长度分别依次递减，通过改变短管的孔径和轴向长度可以实现对声质量的调节，同时通过改变中间横板(管32所在的板)的位置，改变对应的腔体的体积，进而可以对声容进行调整。其中，每个短管和对应的腔体的孔径、轴向长度，中间横板的位置均可灵活调整，以控制共振频率。
所述高阶共鸣器中，通过多个层叠设置的腔体之间进行耦合，可以在一个共鸣器组中引入多个共振峰，从而拓宽其工作频带，节省体积、简化结构。根据声学系统电力声类比，短管的半径和长度影响声质量m，腔体的尺寸则影响弹性系数k：
m＝ρ0l0S0
其中，ρ0为空气的密度，l0为短管长度，S0为短管截面积，c0为管道中的空气声速，V0为腔体的体积。通过调整各个短管和对应的腔体的孔径和轴向长度，则可以对应地调整声质量和弹性系数，从而进一步调整各个共振峰。
所述前级阵列式多孔材料与后级多阶共鸣器阵列之间距离是根据管道内需要增强吸声的频段中的吸声频率进行调节，其具体的调整关系为：
其中，l为前级阵列式多孔材料与后级多阶共鸣器阵列之间的距离；c为管道中空气的声速；f为管道内需要增强吸声的频段中的吸声频率；n为正整数。
三者共同形成一个整体共振系统，进一步增加中低频的吸声效果，实现在宽频带的工作频段下，增强中低频段的透气隔声，从而实现中低频段的噪声抑制和噪声消除。
实施例1.
本发明提供的多级高阶共振复合式消声器，其包括：外壳1、前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3；
前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3相对设置外壳1内；前级阵列式多孔材料2设置在靠近声源端的位置处，后级多阶共鸣器阵列3设置在远离声源端的位置处。
其中，如图1和2所示，所述前级阵列式多孔材料2为采用多孔材料制成的M*N个孔的多孔结构；多孔结构包括多个单孔方管或圆管；每个单孔方管或圆管形成第一空气流道；多个单孔组合在一起形成M*N个孔的多孔结构，多孔结构具有多个第一空气流道；其中，M＝8，N＝8；M和N均为大于0的正整数；
所述前级阵列式多孔材料2使用玻璃纤维多孔材料制备而成的空心方管状结构，其中，玻璃纤维多孔材料的流阻率为11900Ns/m4，孔隙率为0.989，曲折因子1.0108，热特征长度3.02e-4m，粘性特征长度1.43e-4m；
该空心方管的中间部分形成第一空气流道，则该第一空气流道的边长为10cm，管壁厚度为4cm，该空心方管的长度为0.5m。
所述前级阵列式多孔材料2，用于初次吸收和阻隔管道噪声中的中高频段的噪声。
如图1和3所示，所述后级多阶共鸣器阵列3包括M*N个共鸣器单元；如图3所示，所述共鸣器单元包括3个横向层叠设置的共鸣器组4；所述共鸣器组包括依次首尾顺序设置的第一共鸣器41、第二共鸣器42、第三共鸣器43和第四共鸣器44，且第一共鸣器41与第三共鸣器43相对设置，第二共鸣器42和第四共鸣器44相对设置；基于上述四个共鸣器的两两相对设置，共鸣器组4的中部形成一个第二空气流道35；能够将经过前级阵列式多孔材料2初次降噪后的管道噪声再次进行降噪，并分别对应地进入第一共鸣器41、第二共鸣器42、第三共鸣器43和第四共鸣器44，进行各自的中低频段的消声降噪处理。
所述第一共鸣器41、第二共鸣器42、第三共鸣器43和第四共鸣器44均为高阶共鸣器；在本实施例中，所述高阶共鸣器为二阶共鸣器，其包括依次纵向层叠设置的第一高阶共鸣前腔33和第二高阶共鸣后腔34；第一高阶共鸣前腔33的中部设置第一高阶短管31，第二高阶共鸣后腔34的中部设置第二高阶短管32，第一高阶短管31的中空通道与第二高阶短管32的中空通道相连通。
在本实施例中，第一共鸣器41和第三共鸣器43相对设置，二者均为二阶共鸣器；后级多阶共鸣器采用3D打印的树脂材料制成，第二空气流道35的尺寸为10cm×10cm×5cm。
第一高阶短管31的半径为1.25cm，轴向长度为1.32cm；第一高阶共鸣前腔33为长方体结构，其长和宽均为5cm，高为11.66cm；
第二高阶短管32的半径为0.56cm，轴向长度为3.75cm；第二高阶共鸣后腔34为长方体结构，其长和宽均为5cm，高为2.68cm。
第二共鸣器42和第四共鸣器44均为二阶共鸣器，其第一高阶短管31的半径为1.09cm，轴向长度为0.84cm；第一高阶共鸣前腔33为长方体结构，其长和宽均为5cm，高为8.38cm；
第二高阶短管32的半径为0.49cm，轴向长度为3.26cm；第二高阶共鸣后腔34为长方体结构，其长和宽均为5cm，高为1.25cm。
对于第一共鸣器和第三共鸣器而言，其均具有两个共振频率，表达式为：
其中，ω1为第一共鸣器或第三共鸣器的第一阶共振频率；ω2为第一共鸣器或第三共鸣器的第二阶共振频率；k1为第一共鸣器或第三共鸣器的前腔的弹性系数；k2为第一共鸣器或第三共鸣器的后腔的弹性系数；m1为第一共鸣器或第三共鸣器的前短管(第一高阶短管31)的质量；m2为第一共鸣器或第三共鸣器的后短管(第二高阶短管32)的质量；
其中，
m1＝ρ0l1S1
其中，ρ0为空气的密度；l1为第一共鸣器或第三共鸣器的前短管(第一高阶短管31)的短管长度；S1为第一共鸣器或第三共鸣器的前短管(第一高阶短管31)的短管截面积；c0为管道中的空气声速；V1为第一共鸣器或第三共鸣器的前腔体(第一高阶共鸣前腔33的腔体)的体积；
m2＝ρ0l2S2
其中，ρ0为空气的密度；l2为第一共鸣器或第三共鸣器的后短管(第二高阶短管32)的短管长度；S2为第一共鸣器或第三共鸣器的后短管(第二高阶短管32)的短管截面积；c0为管道中的空气声速；V2为第一共鸣器或第三共鸣器的后腔体(第二高阶短管32的腔体)的体积；
共鸣器组(由于四个共鸣器是并联关系，所以当发生共振时，整个共鸣器组的阻抗趋近于0)阻抗趋近于0，此时发生“声学短路”，声波无法透过第一共鸣器和第三共鸣器继续传播，发生反射。调整短管和腔体的几何尺寸可将共振频率进行精确调控，从而使第一共鸣器和第三共鸣器工作在中低频段。
对于第二共鸣器和第四共鸣器而言，其均具有两个共振频率，表达式为：
其中，ω11为第二共鸣器或第四共鸣器的第一阶共振频率；ω21为第二共鸣器或第四共鸣器的第二阶共振频率；k11为第二共鸣器或第四共鸣器的前腔弹性系数；k21为第二共鸣器或第四共鸣器的后腔弹性系数；m11为第二共鸣器或第四共鸣器的前短管的质量；m21为第二共鸣器或第四共鸣器的后短管的质量；
其中，
m11＝ρ0l11S11
其中，ρ0为空气的密度；l11为第二共鸣器或第四共鸣器的前短管(第一高阶短管31)的短管长度；S11为第二共鸣器或第四共鸣器的前短管(第一高阶短管31)的短管截面积；c0为管道中的空气声速；V11为第二共鸣器或第四共鸣器的前腔体(第一高阶共鸣前腔33的腔体)的体积；
m21＝ρ0l21S21
其中，ρ0为空气的密度；l21为第二共鸣器或第四共鸣器的后短管(第二高阶短管32)的短管长度；S21为第二共鸣器或第四共鸣器的后短管(第二高阶短管32)的短管截面积；c0为管道中的空气声速；V21为第二共鸣器或第四共鸣器的后腔体(第二高阶短管32的腔体)的体积；
共鸣器组(由于四个共鸣器是并联关系，所以当发生共振时，整个共鸣器组的阻抗趋近于0)阻抗趋近于0，此时发生“声学短路”，声波无法透过第二共鸣器和第四共鸣器继续传播，发生反射。调整短管和腔体的几何尺寸可将共振频率进行精确调控，从而使第二共鸣器和第四共鸣器工作在中低频段。
通过上述公式，保证了第一共鸣器41、第二共鸣器42、第三共鸣器43和第四共鸣器44的四个共振峰分别在150Hz、200Hz、250Hz和300Hz。
根据转移阻抗关系(公式(1))针对由声源端发出的200Hz附近的声波进行优化吸收，设置前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3之间的间距为42.5cm(利用公式(1)计算间距
其中，n＝0)，使前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3之间发生耦合，声波会在后级多阶共鸣器引起的四个共振频率附近发生反射，并与入射声波叠加形成驻波，将前后级间距调整至该驻波的声压波腹附近(即公式(1)计算得0.425m)，使前级多孔材料阵列所处区域覆盖住质点振速较大的区域，从而进一步增加200Hz附近的吸收。
图4为对应该结构的传递损失和吸声系数随频率变化示意图。可以清楚的看到，传递损失曲线在随频率升高而逐渐增加的情况下，在155Hz、210Hz、255Hz和310Hz还明显的出现了两个额外的共振峰。这四个共振峰是由后级结构共振引起的。而吸声系数曲线也在两个额外的共振峰所对应的两个频率处分别出现凸起，说明通过前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3之间的耦合作用，整个消声器的吸声系数也会有所增加。
图5为后级高阶共鸣器阵列的传递损失，两条曲线分别为理论计算和实验测量的对比，由图可知，整体上实验与理论吻合很好。实测结果中也在相应频率处出现了四个共振峰，且传递损失较高。通过引入多个具有不同共振频率的共鸣器组，就能在低频范围内实现宽频的隔声；再根据噪声的频段，确定前级阵列式多孔材料2和后级多阶共鸣器阵列3之间的间距，还可以增加低频的吸声效果；再结合多孔材料吸收中高频噪声，最终就能使整个消声器的隔声性能在宽频范围内获得显著提升。
本发明的消声器将前级阵列式多孔材料和后级多阶共鸣器阵列相结合，所述前级阵列式多孔材料由多个空心的多孔材料方管(即M*N个空心方管)构成，中空部分形成第一空气流道；所述后级多阶共鸣器阵列由多组、多层高阶共鸣器组(即M*N个共鸣器单元)围绕成的中空部分形成第二空气流道构成；本发明采用阻抗复合式结构来抑制管道噪声，能使用后级多阶共鸣器阵列增强低频段、宽频带隔声效果，同时利用前级阵列式多孔材料进行中高频段的吸隔声，在宽频范围内，具有良好的隔声效果。同时，本发明利用后级多阶共鸣器阵列对声波进行反射，进一步增强了阵列式多孔材料中的吸声效果，提升了消声器的空间利用率。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，其特征在于，包括：包括外壳(1)、前级阵列式多孔材料(2)和后级多阶共鸣器阵列(3)；
前级阵列式多孔材料(2)和后级多阶共鸣器阵列(3)相对设置外壳(1)内；前级阵列式多孔材料(2)设置在靠近声源端的位置处，后级多阶共鸣器阵列(3)设置在远离声源端的位置处。
2.根据权利要求1所述的用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，其特征在于，所述前级阵列式多孔材料(2)为采用多孔材料制成的M*N个孔的多孔结构；多孔结构包括多个单孔方管(21)或单孔圆管；每个单孔方管(21)或单孔圆管形成第一空气流道(22)；多个单孔组合在一起形成M*N个孔的多孔结构，多孔结构具有多个第一空气流道(22)。
3.根据权利要求1所述的用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，其特征在于，所述后级多阶共鸣器阵列(3)包括M*N个共鸣器单元；
所述共鸣器单元包括多个横向层叠设置的共鸣器组(4)；
所述共鸣器组(4)包括依次首尾顺序设置的第一共鸣器(41)、第二共鸣器(42)、第三共鸣器(43)和第四共鸣器(44)，且第一共鸣器(41)与第三共鸣器(43)相对设置，第二共鸣器(42)和第四共鸣器(44)相对设置；
基于上述四个共鸣器的两两相对设置，共鸣器组(4)的中部形成一个第二空气流道(35)。
4.根据权利要求3所述的用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，其特征在于，所述第一共鸣器(41)、第二共鸣器(42)、第三共鸣器(43)和第四共鸣器(44)均为一阶共鸣器、高阶共鸣器，或一阶共鸣器与高阶共鸣器的组合；
所述一阶共鸣器包括：一阶共鸣腔和一阶短管；一阶短管设置在一阶共鸣腔的中部，且一阶短管的中空通道与第二空气流道连通(35)连通；
所述高阶共鸣器包括依次纵向层叠设置的第一高阶共鸣前腔(33)和多个纵向层叠设置的第二高阶共鸣后腔(34)；
第一高阶共鸣前腔(33)的中部设置第一高阶短管(31)，每个第二高阶共鸣后腔(34)的中部设置第二高阶短管(32)，多个第二高阶短管(32)的中空通道是彼此连通的；第一高阶短管(31)的中空通道与第二高阶短管(32)的中空通道相连通，且第一高阶短管(31)的中空通道与第二空气流道连通(35)连通。
5.根据权利要求4所述的用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，其特征在于，第一高阶短管(31)的直径大于第二高阶短管(32)的直径，第一高阶短管(31)的轴向长度大于第二高阶短管(32)的轴向长度，多个第二高阶短管(32)之间的孔径和轴向长度分别依次递减。
6.根据权利要求1所述的用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器，其特征在于，所述前级阵列式多孔材料与后级多阶共鸣器阵列之间距离的获取方式为：
其中，l为前级阵列式多孔材料与后级多阶共鸣器阵列之间的距离；c为管道中空气的声速；f为管道内需要增强吸声的频率；n为正整数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011528231.1A CN112634852A (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011528231.1A CN112634852A (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112634852A true CN112634852A (zh) | 2021-04-09 |
Family
ID=75321101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011528231.1A Pending CN112634852A (zh) | 2020-12-22 | 2020-12-22 | 一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112634852A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115874733A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-03-31 | 南京林业大学 | 具有自主调频功能的通风隔声墙及自主调频方法 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004094065A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 騒音低減装置および排気装置 |
| CN104464711A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 大连理工大学 | 以吸声材料单元弱弹性级联为周期结构设计层的低频宽带吸声装置 |
| JP2015227939A (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 一壽 藤本 | 共鳴器型吸音器 |
| CN107178673A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-09-19 | 安徽理工大学 | 一种管道噪声气体的消音装置与方法 |
| CN107245963A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-10-13 | 湖南大学 | 一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障 |
| CN107316632A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-11-03 | 中国农业大学 | 一种吸声装置和吸声方法 |
| CN107356129A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-17 | 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 | 一种机械通风冷却塔的降噪装置 |
| CN107437411A (zh) * | 2016-05-27 | 2017-12-05 | 北京市劳动保护科学研究所 | 一种低频复合吸声装置 |
| CN207503634U (zh) * | 2017-09-05 | 2018-06-15 | 上海声望声学科技股份有限公司 | 流道噪声控制装置 |
| CN108458467A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | S.I.Pan公司 | 分离器以及包括该分离器的消声器 |
| CN108457393A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | S.I.Pan公司 | 消声室用吸声结构体以及包含消声室用吸声结构体的消声室 |
| JP2020165200A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 清水建設株式会社 | 換気用開口構造 |
-
2020
- 2020-12-22 CN CN202011528231.1A patent/CN112634852A/zh active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004094065A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 騒音低減装置および排気装置 |
| JP2015227939A (ja) * | 2014-05-30 | 2015-12-17 | 一壽 藤本 | 共鳴器型吸音器 |
| CN104464711A (zh) * | 2014-12-08 | 2015-03-25 | 大连理工大学 | 以吸声材料单元弱弹性级联为周期结构设计层的低频宽带吸声装置 |
| CN107437411A (zh) * | 2016-05-27 | 2017-12-05 | 北京市劳动保护科学研究所 | 一种低频复合吸声装置 |
| CN108458467A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | S.I.Pan公司 | 分离器以及包括该分离器的消声器 |
| CN108457393A (zh) * | 2017-02-17 | 2018-08-28 | S.I.Pan公司 | 消声室用吸声结构体以及包含消声室用吸声结构体的消声室 |
| CN107316632A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-11-03 | 中国农业大学 | 一种吸声装置和吸声方法 |
| CN107178673A (zh) * | 2017-07-26 | 2017-09-19 | 安徽理工大学 | 一种管道噪声气体的消音装置与方法 |
| CN107356129A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-11-17 | 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 | 一种机械通风冷却塔的降噪装置 |
| CN107245963A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-10-13 | 湖南大学 | 一种基于Bragg散射声子晶体的声屏障 |
| CN207503634U (zh) * | 2017-09-05 | 2018-06-15 | 上海声望声学科技股份有限公司 | 流道噪声控制装置 |
| JP2020165200A (ja) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 清水建設株式会社 | 換気用開口構造 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| YI CHEN ETC: "Broadband cloak for underwater acoustics", 《21ST INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPOSITE MATERIALS》, 25 August 2017 (2017-08-25) * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115874733A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-03-31 | 南京林业大学 | 具有自主调频功能的通风隔声墙及自主调频方法 |
| CN115874733B (zh) * | 2022-12-15 | 2023-06-06 | 南京林业大学 | 具有自主调频功能的通风隔声墙及自主调频方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3706114B1 (en) | Low-frequency coupling sound absorbing structure | |
| CN111105774A (zh) | 亥姆霍兹共振器及基于其的低频宽带吸声降噪结构 | |
| WO2018153318A1 (zh) | 一种降噪装置和机柜 | |
| CN112634852A (zh) | 一种用于控制管道噪声的多级高阶共振复合式消声器 | |
| CN116110360A (zh) | 一种超材料全频带吸声结构 | |
| CN115116419A (zh) | 一种基于多孔材料的声学超结构消声器及其使用方法 | |
| CN111477205A (zh) | 一种片式消声器 | |
| CN110748506A (zh) | 一种用于涡轮增压器的消声装置 | |
| CN212538242U (zh) | 消声器以及具有该消声器的新风系统 | |
| CN215595690U (zh) | 一种消声器及发动机 | |
| CN110793181B (zh) | 风管机降噪装置及设计用于其的声学超材料模块的方法 | |
| CN111503874B (zh) | 消声器以及具有该消声器的新风系统 | |
| CN210889493U (zh) | 一种用于涡轮增压器的消声装置 | |
| CN212202181U (zh) | 一种柴油发电机排气消音结构 | |
| CN212516539U (zh) | 一种片式消声器 | |
| CN210606613U (zh) | 一种预绝热阻抗复合式消声器 | |
| CN220355675U (zh) | 消声风道及具有消声风道的系统 | |
| CN218181825U (zh) | 一种低频宽带吸声装置 | |
| CN215521176U (zh) | 一种基于微孔喷注的小型脉冲排气消声装置 | |
| CN116733787A (zh) | 一种三维复合超构消声器模块及消声器 | |
| CN210052517U (zh) | 声学径向消音单元、消音模块及消音结构 | |
| CN217482303U (zh) | 消声器和复合消声器 | |
| CN209993345U (zh) | 一种混合式消声器及消声系统 | |
| CN217113823U (zh) | 一种高效吸收电力设备辐射的多次谐波噪声的装置 | |
| CN217926310U (zh) | 一种水环真空泵的消声器 |
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 |