微穿孔板結(jié)構(gòu)在管道聲源特性測量中應(yīng)用分析

vol36no.1 feb.2016 噪聲與振動控制 noiseandvibrationcontrol 第36卷第1期 2016年2月 文章編號：1006-1355(2016)01-0200-04 管道中微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能測試與分析 呂金磊，彭強(qiáng)，王海鋒 （中國空氣動力研究與發(fā)展中心空氣動力學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，四川綿陽621000) 摘要：文章采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真的方法，對影響微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括板厚，開孔孔徑，開 孔率等進(jìn)行深入細(xì)致的研究。其中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要在駐波管以及一個(gè)管道型的測試平臺上進(jìn)行，駐波管相關(guān)的研究內(nèi) 容用于佐證管道實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性；數(shù)值仿真采取一種求極值點(diǎn)的算法，利用這一算法可以繞開對經(jīng)典方程的求解，而直 接確定微孔的聲共振點(diǎn)，也即最大噪聲吸收位置，通過共振點(diǎn)附近兩條曲線的疊加確定吸聲帶寬的變化

采用聲電類比法計(jì)算斜置微穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲性能存在誤差。運(yùn)用阻抗轉(zhuǎn)移法計(jì)算斜置結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù),用假想平面將斜置微穿孔板結(jié)構(gòu)離散為若干個(gè)等寬定空腔的吸聲單元,建立簡化模型,采用阻抗轉(zhuǎn)移計(jì)算每個(gè)吸聲單元的吸聲系數(shù),綜合各單元吸聲系數(shù),獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)。設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)比較計(jì)算結(jié)果表明,采用阻抗轉(zhuǎn)移法計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,聲電類比法計(jì)算結(jié)果偏離實(shí)驗(yàn)結(jié)果較大。聲電類比法采用集中參數(shù)分析,需將空腔聲阻抗進(jìn)行近似,造成誤差;阻抗轉(zhuǎn)移法不存在這一誤差,計(jì)算更合理和準(zhǔn)確。

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(jì)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。

為了改善傳統(tǒng)厚微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能,用錐形孔代替圓柱形孔,提出錐形孔微穿孔板結(jié)構(gòu).在錐形孔微穿孔板結(jié)構(gòu)的確定方法上采用粒子群優(yōu)化算法,分別對其進(jìn)行單參數(shù)及雙參數(shù)優(yōu)化.仿真結(jié)果表明:經(jīng)單參數(shù)優(yōu)化后的錐形孔微穿孔板較相同厚度的傳統(tǒng)厚微穿孔板在特定頻率范圍內(nèi)的最大吸聲系數(shù)明顯增大;經(jīng)雙參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu),不僅可以增大其最大吸聲系數(shù),而且能夠保持原有共振頻率不變,從而為錐形孔微穿孔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了快速有效的設(shè)計(jì)方法.

微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)以其眾多的優(yōu)點(diǎn),在噪聲控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。因微穿孔板結(jié)構(gòu)中涉及大量的參數(shù),在穿孔板層數(shù)較多時(shí),用聲電類比法或試驗(yàn)的方法研究微穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲性能將變得非常復(fù)雜。傳遞矩陣法尤其適于多層結(jié)構(gòu)的分析,且易于用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。文章推導(dǎo)了用傳遞矩陣法計(jì)算微穿孔板結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的計(jì)算公式,并與用聲電類比法計(jì)算的結(jié)果、試驗(yàn)測定數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,結(jié)果顯示,傳遞矩陣法是可以作為微穿孔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種簡單而有效的參考方法。

在微穿孔板吸聲體的準(zhǔn)確理論基礎(chǔ)上，編制了微穿孔板吸聲體聲學(xué)特性的數(shù)值分析程序。通過計(jì)算實(shí)例的分析，重點(diǎn)探討了微穿孔板吸聲體的多頻吸聲特性

根據(jù)馬大猷的微穿孔板理論,計(jì)算了三層微穿孔板的吸聲系數(shù)。應(yīng)用遺傳算法對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,并對其吸聲特性進(jìn)行了分析研究,與優(yōu)化后的雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,結(jié)果表明:經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后的三層微穿孔板在頻域上能夠獲得更加飽滿的吸聲系數(shù)曲線,接近傳統(tǒng)吸聲材料的吸聲性能。并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果。

根據(jù)馬大猷的微穿孔板理論，計(jì)算了三層微穿孔板的吸聲系數(shù)。應(yīng)用遺傳算法對其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并對其吸聲特性進(jìn)行了分析研究，與優(yōu)化后的雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，結(jié)果表明：經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后的三層微穿孔板在頻域上能夠獲得更加飽滿的吸聲系數(shù)曲線，接近傳統(tǒng)吸聲材料的吸聲性能。并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果。

穿孔板結(jié)構(gòu)在水下有著非常廣闊的應(yīng)用前景,但是目前相關(guān)的研究報(bào)道非常少?；诳諝庵写┛装逦暲碚?綜合考慮小孔的末端修正,給出了較為準(zhǔn)確的水下穿孔板聲阻抗表達(dá)式。利用傳遞矩陣法分析了水下穿孔板結(jié)構(gòu)的聲壓透射特性,得到了垂直入射聲壓透射公式。對影響穿孔板結(jié)構(gòu)透聲性能的主要因素進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析,得到了一些重要的結(jié)論。采用四傳感器測量方法在駐波管中對自制的穿孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致,從而驗(yàn)證了理論分析的正確性。本文為水下穿孔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

穿孔板結(jié)構(gòu)在水下有著非常廣闊的應(yīng)用前景,但是目前相關(guān)的研究報(bào)道非常少?；诳諝庵写┛装逦暲碚?綜合考慮小孔的末端修正,給出了較為準(zhǔn)確的水下穿孔板聲阻抗表達(dá)式。利用傳遞矩陣法分析了水下穿孔板結(jié)構(gòu)的聲壓透射特性,得到了垂直入射聲壓透射公式。對影響穿孔板結(jié)構(gòu)透聲性能的主要因素進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析,得到了一些重要的結(jié)論。采用四傳感器測量方法在駐波管中對自制的穿孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致,從而驗(yàn)證了理論分析的正確性。本文為水下穿孔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

微穿孔板的發(fā)展已接近半個(gè)世紀(jì)?；诖┛装逦暯Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),微穿孔板結(jié)構(gòu)簡化了穿孔板后的多孔材料,同時(shí)達(dá)到了提高本身吸聲特性的目的。組成微穿孔板的主要元素就是微管和空腔。通過分析微管和空腔的聲阻抗率,近似計(jì)算出微穿孔板的吸聲系數(shù)與吸聲頻帶寬度,并討論微穿孔板結(jié)構(gòu)模型的來源。根據(jù)微穿孔板結(jié)構(gòu)模型,分別計(jì)算不同的參數(shù)組合對吸聲系數(shù)及頻帶寬度的影響。

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(diǎn),廣泛應(yīng)用于噪聲控制的各個(gè)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(jì)算結(jié)果與在低頻、中頻駐波管中實(shí)驗(yàn)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(jī)隔聲降噪模擬實(shí)驗(yàn),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)

微穿孔板在消聲器上的應(yīng)用哈爾濱煤礦機(jī)械研究所劉雪芬，謝桂琴１前言微穿孔板消聲器是我國近年來研制的一種新型消聲器，這種消聲器是采用金屬結(jié)構(gòu)代替多孔性吸聲材料，并適于在高溫、高速氣流及有水氣、粉塵等特殊環(huán)境下應(yīng)用，具有阻抗復(fù)合式特點(diǎn)，在較寬的頻帶范圍內(nèi)具...

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(gè)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(shí)驗(yàn)。分析和實(shí)驗(yàn)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(shí)也能使板維持在較佳的吸聲性能水平。

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(qiáng)下微穿孔板吸聲體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)對寬頻帶微穿孔板的非線性特性進(jìn)行初步分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

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(jì)算其聲阻抗。文章采用試驗(yàn)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(yàn)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。

現(xiàn)有的聲電轉(zhuǎn)換研究中,多利用亥姆霍茲共鳴器對聲波的放大作用而將共鳴器作為系統(tǒng)中聲波的接收裝置,但共鳴器尺寸較小,接收的聲波有限。因此利用穿孔板,即等效的亥姆霍茲共鳴器陣列代替單個(gè)的亥姆霍茲共鳴器。以提高聲電轉(zhuǎn)換裝置吸收聲波的能量及輸出的電功率。利用類比方法研究聲電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的輸出特性。

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(jì)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。

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(jì)算了其組合吸聲系數(shù)。理論計(jì)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(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果及已有實(shí)驗(yàn)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(jì)算方法是可行的。

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(shí)驗(yàn)測量方法以及微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)在實(shí)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。

分析了亥姆霍茲共鳴器的共振頻率特性,導(dǎo)出了穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)吸聲的中心頻率、頻帶寬度、上限頻率及下限頻率的估算公式,為設(shè)計(jì)、制作理想的穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)提供了參考.

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(bào)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(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(yàn)證了理論分析的正確性。