雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體設(shè)計理論及應(yīng)用

板振動對微穿孔板吸聲體的聲學(xué)特性存在一定的影響。文章對此影響關(guān)系從理論方面進(jìn)行初步分析,并通過不同材料、不同孔徑、不同穿孔率樣品在低頻、中頻駐波管中的大量實驗,分析板振動對微穿孔板吸聲體吸聲性能影響關(guān)系的規(guī)律性,從而得到對微穿孔板的實際應(yīng)用具有指導(dǎo)性的結(jié)論。

簡述了馬大猷教授的微穿孔板基本理論、微穿孔板吸聲體在擴散聲場以及在高聲強環(huán)境下的理論要點。比較詳細(xì)地討論了30年來與馬大猷教授所提理論相對應(yīng)的實驗研究結(jié)果及應(yīng)用發(fā)展情況?；隈R大猷教授的基本理論,提出了一種新的相關(guān)衍生結(jié)構(gòu)——管束微穿孔板。對微穿孔板吸聲體的發(fā)展趨勢做了展望。表明:微穿孔板吸聲體將成為新世紀(jì)的綠色理想吸聲材料。

采用aml語言開發(fā)了一套微穿孔板吸聲體的聲學(xué)軟件。該軟件初始參數(shù)選擇靈活,分析結(jié)果直觀明了,為用戶提供操作簡單的界面,從而進(jìn)一步提高微穿孔板設(shè)計效率和準(zhǔn)確性,并對工程應(yīng)用有一定的幫助。

文章以馬大猷教授提出的微穿孔板非線性聲阻公式為依據(jù),提出了非線性聲阻作用的臨界條件,并由此進(jìn)行應(yīng)用于高聲強下微穿孔板吸聲體的計算機輔助設(shè)計。通過實驗對寬頻帶微穿孔板的非線性特性進(jìn)行初步分析和實驗驗證

微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)具有吸聲系數(shù)高、吸收頻帶寬等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于噪聲控制的各個領(lǐng)域根據(jù)馬大猷的微穿孔吸聲理論,總結(jié)了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲原理,并用基于此理論的計算結(jié)果與在低頻、中頻駐波管中實驗的結(jié)果進(jìn)行對比,得到了比較滿意的結(jié)果采用微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),進(jìn)行汽車發(fā)動機隔聲降噪模擬實驗,結(jié)果表明,微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)具有良好的降噪功能微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能的初步研究,為微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用提供了依據(jù)

在燃燒室的空間和質(zhì)量有限的情況下,為達(dá)到更好的聲抑制效果,該文提出了將單層微穿孔板一分為二,采用與單層結(jié)構(gòu)具有相同穿孔率、穿孔半徑、質(zhì)量及占用空間的雙層串聯(lián)微穿孔板結(jié)構(gòu)。通過聲-電類比法推導(dǎo)了溫度變化條件下雙層串聯(lián)微穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲系數(shù)的計算公式,并與單層結(jié)構(gòu)的吸聲特性進(jìn)行了對比仿真分析,最后得出將單層結(jié)構(gòu)一分為二,采用雙層串聯(lián)結(jié)構(gòu)具有更寬的吸聲頻帶,在高溫條件下,其吸聲效果更好。

分析不同共振頻率的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)模型,并計算了其組合吸聲系數(shù)。理論計算結(jié)果與采用sysnoise軟件,根據(jù)gb/t18696對并聯(lián)的微穿孔板吸聲系數(shù)進(jìn)行仿真實驗得到的結(jié)果及已有實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。結(jié)果表明,該文中并聯(lián)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗率及組合吸聲系數(shù)的計算方法是可行的。

提出用微穿孔板進(jìn)行主動吸聲的方法。用微穿孔板作為主動吸聲的材料,檢測出入射聲波的頻率,得到微穿孔板的共振頻率,從而得到微穿孔板背后空腔的深度,移動微穿孔板背后的剛性壁以滿足空腔深度的要求,使得吸聲系數(shù)達(dá)到最大,從而達(dá)到主動吸聲的目的。最后,進(jìn)行了數(shù)值計算與實驗,計算結(jié)果與實驗結(jié)果能很較好的吻合,說明了該主動吸聲方法的可行性。

在介紹馬大猷開創(chuàng)的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論的前提下,綜述了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論發(fā)展、吸聲系數(shù)實驗測量方法以及微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)在實際工程領(lǐng)域的一些應(yīng)用。最后提出微穿孔板研究發(fā)展的方向。

提出在薄微穿孔板微孔中穿入銅纖維的結(jié)構(gòu),有效拓寬薄微穿孔板的吸聲頻帶,提高吸聲系數(shù),使微穿孔板吸聲性能在中低頻得到很大的提高。研究結(jié)果表明,樣品直徑為100mm,29mm,穿孔直徑為1mm,厚度2mm,穿孔率為3%的微穿孔板,穿入銅纖維的直徑為0.13mm,穿入銅纖維為3和4根時,在100hz~1600hz內(nèi),共振吸聲系數(shù)α0達(dá)0.99;穿入7至9根時,吸聲頻帶可拓寬1000hz以上;隨著穿入纖維數(shù)量的增加,吸聲頻帶顯著向低頻移動,當(dāng)穿入11根時,移動幅值為464hz。

傳統(tǒng)的微穿孔板要獲得較佳的吸聲性能,需要較小孔徑的微孔(<0.3mm);在穿孔率不變的情況下,增加板厚,那么板的吸聲性能將下降。為了避免這個問題,提出一種新型的微穿孔板結(jié)構(gòu)——變截面微穿孔板。與傳統(tǒng)微穿孔板不同,它的微孔的截面積沿其軸向不是恒定的,而是在軸向的一定位置發(fā)生突變,從而板存在孔徑差異較大的兩部分。在馬大猷的理論基礎(chǔ)上,分析了變截面微穿孔板的吸聲特性,并利用傳遞函數(shù)法,通過阻抗管進(jìn)行了實驗。分析和實驗結(jié)果顯示,變截面微穿孔板的吸聲性能主要由孔徑較小的部分決定,孔徑較大的部分主要是增加了板的厚度,對板的吸聲性能貢獻(xiàn)較小;因此,通過變截面的方法,在增加板厚的同時也能使板維持在較佳的吸聲性能水平。

微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)在噪聲控制上有著優(yōu)異的表現(xiàn),受到廣大科研人員的關(guān)注。筆者介紹了近年來與微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)相關(guān)的理論研究,包括微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲特性以及吸聲帶寬的理論極限;探討了微穿孔板和超微孔板的制造技術(shù)及這些技術(shù)的優(yōu)缺點;分析了組合微穿孔結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論計算及試驗仿真。在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,指出了微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)在理論研究和實際應(yīng)用中存在的問題,并對該研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢做了展望。

傳統(tǒng)微穿孔板的穿孔為圓形或狹縫,背面不帶毛刺,其吸聲系數(shù)和吸聲頻帶寬度有待進(jìn)一步提高。目前出現(xiàn)一種新工藝加工的微穿孔板,其穿孔為三角形,且背面帶有毛刺。帶刺三角孔微穿孔板與圓孔微穿孔板不同,不能用原有方法計算其聲阻抗。文章采用試驗研究的方法測定帶刺三角孔微穿孔板的聲阻抗,分析其聲學(xué)特性,為工程應(yīng)用提供參數(shù)依據(jù)。通過駐波管試驗測量單層和雙層帶刺三角孔微穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù),并與圓孔微穿孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較分析。研究結(jié)果顯示,新工藝加工的帶刺三角孔微穿孔板與圓孔微穿孔板相比較,聲阻有了較大幅度的提高,聲抗基本保持不變;帶刺三角孔微穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)有了顯著的提升,吸聲頻帶也得到一定程度的拓寬。

用自行研制的ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃泡沫材料制成微穿孔板，研究其吸聲特性及規(guī)律，并與ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃非泡沫材料微穿孔板進(jìn)行對比。結(jié)果表明，泡沫材料微穿孔板吸聲體在中、低頻率區(qū)域的最大吸聲因數(shù)可達(dá)０９８以上；在１２５～２０００ｈｚ范圍內(nèi)平均吸聲因數(shù)可達(dá)０５２以上。

馬大猷教授提出的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)在空氣噪聲降低和隔離方面得到了廣泛的應(yīng)用,但未見水下應(yīng)用的相關(guān)研究和報道。本文將空氣中微穿孔板理論應(yīng)用到水中,得到了水下微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲公式。通過理論分析,得出了微穿孔板結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用于水中無法獲得寬頻吸收的結(jié)論。提出了通過匹配液將微穿孔板間接應(yīng)用到水下的設(shè)想。設(shè)計了單層板和雙層板吸聲結(jié)構(gòu),并對它們的吸聲特性進(jìn)行了理論分析與仿真。結(jié)果表明,本文設(shè)計的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)在水中能夠獲得優(yōu)于空氣中的寬頻帶吸聲效果。實驗測量了自制的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),吸聲系數(shù)的測量值與理論曲線基本吻合,從而驗證了理論分析的正確性。

依據(jù)馬大猷教授的微穿孔板基本理論,進(jìn)行參數(shù)選擇并設(shè)計了微穿孔吸聲反射板結(jié)構(gòu),用于階梯教室中,分析了這種微穿孔吸聲反射板結(jié)構(gòu)在階梯教室中的聲反射和聲吸收的性能。

本文主要探討微穿孔板吸聲機理、吸聲系數(shù)與頻率的關(guān)系，以及在室內(nèi)的吸聲處理，降低噪聲、消聲等方面的應(yīng)用。并指出微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能優(yōu)于其它礦棉吸聲材料，能夠較好地改善建筑聲學(xué)功能，可廣泛應(yīng)用于吸聲降噪工程，效果理想。

傳統(tǒng)的聲電類比法在單層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)中的計算,得到廣泛應(yīng)用,但由于在雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)中存在較大誤差,于是提出用傳遞矩陣法對微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。本文對比分析聲電類比法與傳遞矩陣法在微穿孔板結(jié)構(gòu)模型中的應(yīng)用,從而有效設(shè)計微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的實驗方案。

以厚度為10mm的環(huán)氧樹脂基厚微穿孔板為研究對象,分別選擇空氣、水、聚乙烯醇、羊毛纖維作為孔中介質(zhì),研究各種介質(zhì)對微穿孔板吸聲性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過在孔中加入纖維材料可以在一定程度上彌補因材料厚度增加而導(dǎo)致的吸聲性能的減弱。當(dāng)平均每孔中穿入53根羊毛纖維,后空腔深度為20mm時,厚微穿孔板共振吸收頻率為956hz,峰值吸聲系數(shù)可達(dá)0.94。有效吸聲頻帶范圍為612hz-1600hz以上。

選擇厚度為2mm的薄微穿孔板,研究羊毛纖維穿入率、穿入量和穿孔率對微孔板吸聲性能的影響。在100~1600hz范圍內(nèi),隨著羊毛纖維穿入率和穿入量的增加,共振吸聲頻率均向低頻移動,吸聲頻帶都得到拓寬。當(dāng)羊毛纖維穿入率從0%增加到100%時,共振吸收峰向低頻移動了340hz,頻帶拓寬346hz以上。當(dāng)穿入量從0根增至160根時,共振吸聲頻率向低頻移動340hz;當(dāng)穿入量約為106根時,頻帶拓寬360hz以上,共振吸聲系數(shù)為0.92。而當(dāng)穿孔率為1%時,穿入羊毛纖維使最大吸聲系數(shù)降低,吸聲頻帶變窄;但隨著穿孔率的增加,穿入羊毛纖維可以顯著拓寬微穿孔板的吸聲頻帶,共振吸聲系數(shù)也隨之增大。當(dāng)穿孔率為6%時,穿入羊毛纖維前后,最大吸聲系數(shù)從0.68增至0.97,共振吸聲頻率從1158hz降至986hz,頻帶拓寬了674hz以上。穿孔率越大,羊毛纖維改善微穿孔板吸聲性能的優(yōu)勢越顯著。

空氣壓縮機在各個領(lǐng)域中已被廣泛用作氣體動力,特別在化工系統(tǒng)中,常為工藝所需而設(shè)置站、房之類。但當(dāng)機組正常運行時,即產(chǎn)生了多種類型強噪聲,它不僅嚴(yán)重危害了工人們身心健康,還污染了周圍環(huán)境。就復(fù)動式空壓機而言,活塞往復(fù)運動將大流量氣體,間歇經(jīng)吸入口進(jìn)入機內(nèi),在吸入口產(chǎn)生了高速氣流,形成了氣體動力性噪聲,它是空壓機主要噪聲源。而這些間歇壓力脈沖所致往往是低頻為主,易于激發(fā)

工業(yè)與科技進(jìn)展加劇噪聲污染，威脅人類健康，凸顯消聲器的重要性，其中微穿孔板消聲器因設(shè)計簡潔、消聲效能高及應(yīng)用廣泛而備受青睞。本文深入分析其設(shè)計原理與方法，旨在為相關(guān)研究與應(yīng)用提供實用參考。