[发明专利]一种模块化、可组合、宽频管道消声器设计方法

权利要求书

1.一种模块化、可组合、宽频管道消声器设计方法，其特征在于，所述模块化、可组合、宽频管道消声器由若干消声模块构成，所述消声模块包括端盖(03)和一端开孔的穿孔板(02)；所述一端开孔的穿孔板(02)位于管道(04)内部；所述端盖(03)连接在所述管道(04)的一侧；所述一端开孔的穿孔板(02)、所述管道(04)与所述端盖(03)之间形成吸声腔；

所述设计方法具体包括以下步骤：

步骤一：测量管道内来流噪声分布，根据需求确定降噪频段、需要降低目标频段噪声的分贝值；

步骤二：判断噪声类型为单频噪声、多峰值噪声或宽频噪声；

步骤三：如果是单频噪声，根据确定的需要降噪的频段进行设计消声模块，确定管道(04)中一端开孔的穿孔板(02)的长度、穿孔率、板厚及孔径；

所述步骤三中，为了计算主要参数穿孔板的长度L，在开口-封闭管道声传播中根据在开口处的声阻抗表示为：

Z(0)＝[Z(L)cos(kL)+jρc/Ssin(kL)]/[cos(kL)+jS/ρcZ(L)sin(kL)]

其中，S为管道横截面，L为管道长度，k为波数，ρ为空气密度，c为声速，j是虚数单位，对于刚性封闭口的管道来说，其声阻抗无穷大，即Z(L)＝∞，由此得到：

Z(0)＝-ρcjcot(kL)/S

声阻抗表示为如下形式：

Z＝R+jX

式中R和X别是声阻抗的实部和虚部，R称为声阻，X称为声抗，声阻取决于结构的材料特性，而声抗则取决于结构的几何特性；当声抗为零的时候，结构就发生共振，即上式中的声阻抗Z(0)＝0；

cot(kL)＝0

由此得到：

kL＝(2n-1)π/2

那么这个开口-封闭的管道发生共振，其固有频率为：

f＝(2n-1)c/4L

n表示管道频率的阶次；

根据固有频率公式求得管道长度与声波波长λ之间的关系

L＝(2n-1)λ/4，n＝1,2,3…

即当管道长度为声波波长的1/4时，管道发生共振，此时管道整体的声波损耗效果最好；

由于穿孔板的存在，则计算一个等效长度，主导吸声腔的工作频率为等效长度L_e，声波中波长为等效长度的四分之一长度时，对应此频率噪声将会被吸收，其对应关系改由下式计算：

L_e＝(2n-1)λ/4n＝1,2,3…

当噪声频率与吸声腔工作频率一致时，会使得流体中对应的噪声被吸收而不再振动，无法传到管路出口，起到消声降噪的作用；

由于吸声腔一端存在穿孔段，计算得到吸收腔的等效长度，其长度为穿孔板中不穿孔段的长度与穿孔段长度一半的和，即L_e＝L-L_p/2，其中，L_p为穿孔段长度；

步骤四：如果为多峰值频率与宽频噪声，则将宽频噪声分解成多峰值噪声，针对多个峰值设计不同的消声模块，进行步骤三，对每个频率进行设计，最终进行组合以消除对应的宽频带噪声，得到模块化、可组合、宽频管道消声器。