[发明专利]亥姆霍兹共振器及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种消声装置及其设计方法，尤其涉及一种亥姆霍兹共振器及其设计方法。

背景技术

当声音在主管道中传播到安装亥姆霍兹共振器的位置时，由于共振器颈部开口与主管道的交叉处声阻抗突变，一部分声能被反射回管道上游；一部分声能传入共振器颈部和共振腔，在共振器中被消耗掉；剩下一部分声能继续向主管道下游传播。理论上，亥姆霍兹共振器可以吸收接近其共振频率的噪声，但是，其吸收波段的范围很窄，在共振频率时的吸声非线性效应明显，吸声系数也有待进一步优化，因此需要对共振器进行一些改进，使其更为完善。

目前，对亥姆霍兹共振器最常用的改进方式是改变其几何参数，如颈部长度、横截面积，以及腔体体积等，并进行理论分析、仿真计算以及实验研究。但上述改进主要是针对共振器吸声频率的可调节性问题，并没有有效改善亥姆霍兹共振器在特定的共振频率下的吸声系数和吸声带宽。改变共振器局部形状，能在一定程度上优化共振器的吸声性能，但没有定量地考虑共振器在共振频率下吸声非线性效应问题，很难定量地给出最佳优化参数。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种亥姆霍兹共振器及其设计方法，以使亥姆霍兹共振器具有较大的共振吸声系数。

一种亥姆霍兹共振器，该亥姆霍兹共振器用于安装在一声学管道，其包括：一腔体及一颈部，该颈部设置于该腔体的一侧，并用于连通该腔体及所述声学管道；其中，该亥姆霍兹共振器进一步包括一吸声结构，该吸声结构填充于所述颈部，该吸声结构包括多个通孔，且用于连通所述腔体及所述声学管道，该吸声结构的中的通孔水力直径d及孔隙率φ满足以下关系式：

   式(1)

   式(2)

其中，为所述亥姆霍兹共振器的最优声阻值，R为位于所述亥姆霍兹共振器下游的声学管道的反射系数，且为实数；为所述亥姆霍兹共振器10的入口声阻，该为与所述吸声结构16中的通孔水力直径、孔隙率、流动阻力、长度相关的关系式。

一种亥姆霍兹共振器的设计方法，该亥姆霍兹共振器欲包括一腔体以及一与该腔体连通的颈部，该设计方法其包括步骤：（1），提供一振动型声学管道，依据该声学管道的声波频率估算出所述亥姆霍兹共振器的颈部的长度、颈部入口的截面积、所述腔体的体积；（2），测量所述吸声结构在不同的空气流速下的静流阻率，依据实验工况及该吸声结构的特征，拟合出流动雷诺系数、该吸声结构的通孔长度、通孔水力直径与非线性系数之间关系的拟合公式；（3），结合所述拟合公式以及所述声学管道的声波强度，计算出所述安装有吸声结构的亥姆霍兹共振器入口的声阻抗的理论值；以及（4），依据所述安装有吸声结构的亥姆霍兹共振器的入口声阻抗值，使该入口声阻抗值与该亥姆霍兹共振器的最优声阻抗理论值相等，以计算出使该亥姆霍兹共振器具有较大共振吸声系数时所述吸声结构的通孔水力直径的范围。

与现有技术相比较，本发明提供的亥姆霍兹共振器中的吸声结构的通孔水力直径d及孔隙率φ满足上式(1)-(2)或(4)，使得该亥姆霍兹共振器具有较高的吸声系数，同时由于所述亥姆霍兹共振器相当于安装在声学管道噪声的反射波与入射波能量相叠加的位置，有利于该亥姆霍兹共振器能够较大程度地吸收噪声的声能，从而保证该亥姆霍兹共振器具有较大的吸声系数。本发明提供的亥姆霍兹共振器的设计方法比较简单，而且得到的亥姆霍兹共振器具有较大的共振吸声系数。

附图说明

图1是本发明提供的亥姆霍兹共振器。

图2是本发明提供的亥姆霍兹共振器应用于声学管道中。

图3是本发明提供的吸声结构的照片图。

图4是本发明实施例提供的亥姆霍兹共振器颈部有吸声结构和无吸声结构的频率-吸声系数曲线图。

图5是本发明提供的亥姆霍兹共振器的优化方法流程图。

图6是本发明实施例提供的吸声结构中的通孔的水力直径-共振吸声系数曲线图。

图7是本发明实施例使用的不同通孔水力直径的吸声结构的频率-吸声系数曲线图。

主要元件符号说明

亥姆霍兹共振器                   10

腔体                             12

颈部                             14

吸声结构                         16

方孔平行通孔陶瓷                 16a

圆孔平行通孔陶瓷                 16b