對于這種傳統(tǒng)的消聲器來說,一個重要的問題是它的傳輸損失太低。如果需要增加這種消聲器的隔音特性,需要增加其長度。對于普通機器來說,這往往很難實現(xiàn),因為進氣和出氣通道的長度往往非常有限。這直接導致風扇的噪聲在許多情況下往往占到機器整體噪聲的50%以上。迷宮消聲器(Labyrinthbafffles)可以用來提高消聲器的效果。迷宮消聲器的特點是它可以提供相對較高的吸聲性能,但同時,它也會給風扇帶來更高的壓降。因此,在設計這種消聲器時,通常建議同時進行CFD模擬(計算流體力學),以確保吸聲器和風扇性能都能達到標準。然而,這已經超出了這篇文章的范圍,有興趣的讀者可以閱讀以下論文1。
對迷宮型消聲器(如上圖所示)而言,在低頻會出現(xiàn)一系列氣體氣體積突變(如上圖所示紅影)。這些體積突變會導致聲阻抗不匹配(impedancematch),從而導致噪聲的反射(reflective)。當這些噪聲的反射波與入射波相互干涉時,可能會在特定頻率下形成破壞性干擾(impedancewave),聲能會集中在進氣箱中,因此,較少的聲能會傳遞到進氣格柵。在較高頻率時,聲障板模塊能反射相當大一部分聲波,并在不同模塊之間形成混響??梢允褂妙~外的吸音泡棉來降低混響噪聲的聲壓,從而降低傳遞到進氣格柵的聲能。
首先我們來對比一下這種迷宮消音器的隔音特性曲線和傳統(tǒng)的分路衰減器,我們采用完全相同的聲障板模塊進行對比。
效應器應該是圖例中的消音器
我們可以看到,迷宮消音器的傳輸損耗(或傳輸損耗)分路衰減器的平均比值在10-15dB之間。同樣有意思的是,傳輸損耗峰值在980hz左右。下圖我們顯示的是進氣箱內的980hz的壓力分布,從圖中可以看到,聲屏障板模塊正好位于駐波模態(tài)的反節(jié)點處。所以,吸音泡棉會吸收更多的聲能。
接下來,我們對迷宮消聲器的幾何參數(shù)對隔音效果的影響進行研究。這里,我們研究的幾何參數(shù)包括聲屏障板模塊間的間隙和模塊的數(shù)量。下圖顯示了使用不同迷宮消聲器的不同型。
,我們將對兩個聲障板模塊間的間隙對隔音性能的影響進行評估。
可以看到,在中高頻時,所有三種配置(約18dB)的傳輸損失幾乎相同。在這些頻率中,這三種結構的區(qū)別是出現(xiàn)在衰減峰值中的頻率。對于這三種結構,進氣室通道中的壓力分布如圖所示,
我們可以看到,當聲屏障板模塊處在高階駐波模態(tài)的壓力場的反節(jié)點時,就會出現(xiàn)的衰減,在這樣的情況下,聲和能耗散達到了值。這就導致了,對于這三種不同的構式,聲屏障消散的峰出現(xiàn)在不同的頻率,可惜的是,因為立體效應,所以不容易預測駐波模態(tài),所以預測這種迷宮消音器性能簡單有效的方法就是有限元法。
使用兩個聲障板模塊時,仍然可以輻射噪聲輻射的直接傳播路徑。為了阻斷聲波的直接傳播路徑,需要增加第三個聲障板模塊。這個隔板需要足夠高,才能阻斷進氣格柵底部和第二個擋板頂部的延長線(見下圖)。
另一種選擇是統(tǒng)一的葉片設計(如設計(e)所示),使用模塊化。下圖顯示了傳輸損失的比較三種構型。
在這個迷宮消聲器中使用三聲屏障板模組時,消聲器的傳輸損耗會增大。當額外聲屏障板不夠高時,由于部分駐波仍可傳至左側葉片,因此中高頻的性能變化不大。但在低頻時,平面波的傳播(屏障板)會受阻。因此,噪聲的輻射較低。在高頻時,墻面的噪聲主要以混響噪聲為主。當額外聲屏障板足夠高時,額外的吸音泡棉能更好地將噪聲轉換為熱能,因此我們可以看到更高的傳輸損耗。
在工業(yè)領域,人們總是要求使用更簡單的噪聲吸收策略,這是由于節(jié)省成本和安全。因此,我們還研究了使用單個聲屏障板模塊的可能性。下圖顯示了設計A、F和G的傳輸損耗比較。
如果進氣格柵沒有完全被聲屏障板模組所阻擋,模組將失去其有效性。所有直接傳輸噪聲的路徑都會隨著進氣格柵尺寸的減少而受阻。單個聲屏障板模組的傳輸損失可與兩個模組的配置相似。此外,由于進氣格柵關閉40%時傳輸損失沒有顯著改善,因此大多數(shù)能量吸收是由吸聲泡棉引起的,與進氣格柵的大小無關。
綜上所述,迷宮消音器相對于分路式衰減器來說,可以提供比較高的聲衰減。在低頻時,降噪是由于噪聲的直接傳播路徑受阻造成的。在中高頻下,當聲障板模組處于高階駐波模態(tài)的反節(jié)點時,就會達到的衰減。盡管迷宮消音器能提供非常有效的噪聲衰減程度。但是,它所造成的風機的壓降是相當高的。要提供足夠的冷卻氣流,風機的轉速也需要相應的增加。因此,對于風機的噪聲衰減,可能是極其有限的。為了克服這個問題,在下篇文章中,我們給出幾種形狀復雜、幾何的吸音器。對于這些消音器,一個重要的目的就是要更好地引導氣流,從而減少風機系統(tǒng)的壓降。
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