微穿孔板结构在管道声源特性测量中应用分析

vol36no.1 feb.2016 噪声与振动控制 noiseandvibrationcontrol 第36卷第1期 2016年2月 文章编号：1006-1355(2016)01-0200-04 管道中微穿孔板吸声结构声学性能测试与分析 吕金磊，彭强，王海锋 （中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点试验室，四川绵阳621000) 摘要：文章采用实验和数值仿真的方法，对影响微穿孔板吸声结构声学性能的设计参数，包括板厚，开孔孔径，开 孔率等进行深入细致的研究。其中实验内容主要在驻波管以及一个管道型的测试平台上进行，驻波管相关的研究内 容用于佐证管道实验的准确性；数值仿真采取一种求极值点的算法，利用这一算法可以绕开对经典方程的求解，而直 接确定微孔的声共振点，也即最大噪声吸收位置，通过共振点附近两条曲线的叠加确定吸声带宽的变化

采用声电类比法计算斜置微穿孔板结构吸声性能存在误差。运用阻抗转移法计算斜置结构的吸声系数,用假想平面将斜置微穿孔板结构离散为若干个等宽定空腔的吸声单元,建立简化模型,采用阻抗转移计算每个吸声单元的吸声系数,综合各单元吸声系数,获得整个结构的吸声系数。设计相应的实验比较计算结果表明,采用阻抗转移法计算结果与实验结果吻合良好,声电类比法计算结果偏离实验结果较大。声电类比法采用集中参数分析,需将空腔声阻抗进行近似,造成误差;阻抗转移法不存在这一误差,计算更合理和准确。

在燃烧室的空间和质量有限的情况下,为达到更好的声抑制效果,该文提出了将单层微穿孔板一分为二,采用与单层结构具有相同穿孔率、穿孔半径、质量及占用空间的双层串联微穿孔板结构。通过声-电类比法推导了温度变化条件下双层串联微穿孔板结构吸声系数的计算公式,并与单层结构的吸声特性进行了对比仿真分析,最后得出将单层结构一分为二,采用双层串联结构具有更宽的吸声频带,在高温条件下,其吸声效果更好。

为了改善传统厚微穿孔板吸声结构的吸声性能,用锥形孔代替圆柱形孔,提出锥形孔微穿孔板结构.在锥形孔微穿孔板结构的确定方法上采用粒子群优化算法,分别对其进行单参数及双参数优化.仿真结果表明:经单参数优化后的锥形孔微穿孔板较相同厚度的传统厚微穿孔板在特定频率范围内的最大吸声系数明显增大;经双参数优化后的结构,不仅可以增大其最大吸声系数,而且能够保持原有共振频率不变,从而为锥形孔微穿孔板的结构设计提供了快速有效的设计方法.

微穿孔板吸声结构以其众多的优点,在噪声控制领域得到越来越广泛的应用。因微穿孔板结构中涉及大量的参数,在穿孔板层数较多时,用声电类比法或试验的方法研究微穿孔板结构的吸声性能将变得非常复杂。传递矩阵法尤其适于多层结构的分析,且易于用计算机编程实现。文章推导了用传递矩阵法计算微穿孔板结构声学性能的计算公式,并与用声电类比法计算的结果、试验测定数据进行了对比,结果显示,传递矩阵法是可以作为微穿孔板结构设计的一种简单而有效的参考方法。

在微穿孔板吸声体的准确理论基础上，编制了微穿孔板吸声体声学特性的数值分析程序。通过计算实例的分析，重点探讨了微穿孔板吸声体的多频吸声特性

根据马大猷的微穿孔板理论,计算了三层微穿孔板的吸声系数。应用遗传算法对其结构参数进行了优化,并对其吸声特性进行了分析研究,与优化后的双层微穿孔板结构进行比较,结果表明:经过遗传算法优化后的三层微穿孔板在频域上能够获得更加饱满的吸声系数曲线,接近传统吸声材料的吸声性能。并且通过实验验证了优化设计的结果。

根据马大猷的微穿孔板理论，计算了三层微穿孔板的吸声系数。应用遗传算法对其结构参数进行了优化，并对其吸声特性进行了分析研究，与优化后的双层微穿孔板结构进行比较，结果表明：经过遗传算法优化后的三层微穿孔板在频域上能够获得更加饱满的吸声系数曲线，接近传统吸声材料的吸声性能。并且通过实验验证了优化设计的结果。

穿孔板结构在水下有着非常广阔的应用前景,但是目前相关的研究报道非常少。基于空气中穿孔板吸声理论,综合考虑小孔的末端修正,给出了较为准确的水下穿孔板声阻抗表达式。利用传递矩阵法分析了水下穿孔板结构的声压透射特性,得到了垂直入射声压透射公式。对影响穿孔板结构透声性能的主要因素进行了详细的仿真分析,得到了一些重要的结论。采用四传感器测量方法在驻波管中对自制的穿孔板结构进行了测试,实验结果与理论分析基本一致,从而验证了理论分析的正确性。本文为水下穿孔板结构的设计提供了详细的理论和实验依据。

穿孔板结构在水下有着非常广阔的应用前景,但是目前相关的研究报道非常少。基于空气中穿孔板吸声理论,综合考虑小孔的末端修正,给出了较为准确的水下穿孔板声阻抗表达式。利用传递矩阵法分析了水下穿孔板结构的声压透射特性,得到了垂直入射声压透射公式。对影响穿孔板结构透声性能的主要因素进行了详细的仿真分析,得到了一些重要的结论。采用四传感器测量方法在驻波管中对自制的穿孔板结构进行了测试,实验结果与理论分析基本一致,从而验证了理论分析的正确性。本文为水下穿孔板结构的设计提供了详细的理论和实验依据。

微穿孔板的发展已接近半个世纪。基于穿孔板吸声结构的基础,微穿孔板结构简化了穿孔板后的多孔材料,同时达到了提高本身吸声特性的目的。组成微穿孔板的主要元素就是微管和空腔。通过分析微管和空腔的声阻抗率,近似计算出微穿孔板的吸声系数与吸声频带宽度,并讨论微穿孔板结构模型的来源。根据微穿孔板结构模型,分别计算不同的参数组合对吸声系数及频带宽度的影响。

微穿孔板吸声结构具有吸声系数高、吸收频带宽等优点,广泛应用于噪声控制的各个领域根据马大猷的微穿孔吸声理论,总结了微穿孔板吸声结构的吸声原理,并用基于此理论的计算结果与在低频、中频驻波管中实验的结果进行对比,得到了比较满意的结果采用微穿孔板吸声结构,进行汽车发动机隔声降噪模拟实验,结果表明,微穿孔板吸声结构具有良好的降噪功能微穿孔板吸声结构的吸声性能的初步研究,为微穿孔板吸声结构在工程中的应用提供了依据

微穿孔板在消声器上的应用哈尔滨煤矿机械研究所刘雪芬，谢桂琴１前言微穿孔板消声器是我国近年来研制的一种新型消声器，这种消声器是采用金属结构代替多孔性吸声材料，并适于在高温、高速气流及有水气、粉尘等特殊环境下应用，具有阻抗复合式特点，在较宽的频带范围内具...

传统的微穿孔板要获得较佳的吸声性能,需要较小孔径的微孔(<0.3mm);在穿孔率不变的情况下,增加板厚,那么板的吸声性能将下降。为了避免这个问题,提出一种新型的微穿孔板结构——变截面微穿孔板。与传统微穿孔板不同,它的微孔的截面积沿其轴向不是恒定的,而是在轴向的一定位置发生突变,从而板存在孔径差异较大的两部分。在马大猷的理论基础上,分析了变截面微穿孔板的吸声特性,并利用传递函数法,通过阻抗管进行了实验。分析和实验结果显示,变截面微穿孔板的吸声性能主要由孔径较小的部分决定,孔径较大的部分主要是增加了板的厚度,对板的吸声性能贡献较小;因此,通过变截面的方法,在增加板厚的同时也能使板维持在较佳的吸声性能水平。

文章以马大猷教授提出的微穿孔板非线性声阻公式为依据,提出了非线性声阻作用的临界条件,并由此进行应用于高声强下微穿孔板吸声体的计算机辅助设计。通过实验对宽频带微穿孔板的非线性特性进行初步分析和实验验证

传统微穿孔板的穿孔为圆形或狭缝,背面不带毛刺,其吸声系数和吸声频带宽度有待进一步提高。目前出现一种新工艺加工的微穿孔板,其穿孔为三角形,且背面带有毛刺。带刺三角孔微穿孔板与圆孔微穿孔板不同,不能用原有方法计算其声阻抗。文章采用试验研究的方法测定带刺三角孔微穿孔板的声阻抗,分析其声学特性,为工程应用提供参数依据。通过驻波管试验测量单层和双层带刺三角孔微穿孔板结构的吸声系数,并与圆孔微穿孔板结构进行比较分析。研究结果显示,新工艺加工的带刺三角孔微穿孔板与圆孔微穿孔板相比较,声阻有了较大幅度的提高,声抗基本保持不变;带刺三角孔微穿孔板结构的吸声系数有了显著的提升,吸声频带也得到一定程度的拓宽。

现有的声电转换研究中,多利用亥姆霍兹共鸣器对声波的放大作用而将共鸣器作为系统中声波的接收装置,但共鸣器尺寸较小,接收的声波有限。因此利用穿孔板,即等效的亥姆霍兹共鸣器阵列代替单个的亥姆霍兹共鸣器。以提高声电转换装置吸收声波的能量及输出的电功率。利用类比方法研究声电转换系统的输出特性。

依据马大猷教授的微穿孔板基本理论,进行参数选择并设计了微穿孔吸声反射板结构,用于阶梯教室中,分析了这种微穿孔吸声反射板结构在阶梯教室中的声反射和声吸收的性能。

分析不同共振频率的微穿孔板吸声结构并联的结构模型,并计算了其组合吸声系数。理论计算结果与采用sysnoise软件,根据gb/t18696对并联的微穿孔板吸声系数进行仿真实验得到的结果及已有实验数据进行对比。结果表明,该文中并联微穿孔板吸声结构的声阻抗率及组合吸声系数的计算方法是可行的。

在介绍马大猷开创的微穿孔板吸声结构基础理论的前提下,综述了微穿孔板吸声结构的理论发展、吸声系数实验测量方法以及微穿孔板吸声结构在实际工程领域的一些应用。最后提出微穿孔板研究发展的方向。

微穿孔板共振吸声结构在噪声控制上有着优异的表现,受到广大科研人员的关注。笔者介绍了近年来与微穿孔板共振吸声结构相关的理论研究,包括微穿孔吸声结构的吸声特性以及吸声带宽的理论极限;探讨了微穿孔板和超微孔板的制造技术及这些技术的优缺点;分析了组合微穿孔结构的相关理论计算及试验仿真。在总结前人研究成果的基础上,指出了微穿孔板共振吸声结构在理论研究和实际应用中存在的问题,并对该研究领域的发展趋势做了展望。

计算微穿孔板吸声系数时,假设孔间的相互作用可以忽略。计算具有不同直径微孔的穿孔板吸声系数并提高其计算精度,孔间的相互作用不能再忽略。在马大猷、melling(梅尔林)等前人研究的基础上,根据声波辐射和传播原理,分析微孔之间的相互作用,通过修正微孔的实际等效长度,得到计及孔间相互作用微孔板吸声系数模型,并进行理论计算和实验测试。研究结果表明:影响微穿孔板吸声系数除结构参数外,还应考虑孔间的相互作用;计及微孔板各孔间相互作用,能提高共振频率、吸声系数理论值的计算精度,计算值逼近实验测试结果。