掠过流作用下穿孔板的声阻抗

应用三维时域数值方法研究掠过流对穿孔板声阻抗的影响。建立了掠过流作用下穿孔板声阻抗计算的计算流体动力学(CFD)模型,通过时域计算得到掠过流作用下穿孔板的声阻抗,分析结构参数和掠过流马赫数对穿孔板声阻抗的影响。根据计算结果拟合掠过流作用下穿孔板声阻抗的近似表达式,利用获得的穿孔声阻抗新公式预测穿孔管消声器的传递损失,数值预测和实验结果吻合良好。计算结果表明,掠过流对穿孔板的声阻抗和穿孔管消声器的消声性能有明显影响。     

微穿孔板声阻抗的直接准确测量

微穿孔板吸声结构的构造简单,适用范围广,吸收特性好并且可以比较准确地预计和设计。它的性能主要由微穿孔板的声阻和声质量决定。为了可靠地估计微穿孔板结构的性能,微穿孔板的准确特性是必要的。在本文中,作者提出直接测量微穿孔板声阻抗的简单方法（这方法也适用于一般穿孔板,或在一定范围内适用于一般吸声村料）,由于直接了当地分别测出声阻和声抗,不必经过任何转换,所得结果可达到比一般方法更为准确的程度。应用这个方法,对微穿孔板的阻抗特性进行了测量,得到线性和非线性的现象。在本文中,将报告一些初步成果。     

机械阻抗与声阻抗结合提高微穿孔板低频吸声性能

提出了在微穿孔板后部引入机械阻抗形成组合结构来解决微穿孔板低频吸声性能差的问题。由机械阻抗板两侧质点速度相同得出机械阻抗单元的传递矩阵,采用传递矩阵法将其与空腔、微穿孔板单元串接,建立组合结构理论计算模型;通过分析品质因子获得带宽与机械阻抗板质量成反比;试验得出组合结构在400 Hz附近有系数为0.8以上的吸声峰值,试验结果与理论计算吻合。在传统微穿孔板共振吸声机制的基础上加入机械共振,能够实现在不增加结构厚度的前提下提高低频吸声性能;降低机械阻抗板质量并且适当控制边界阻尼系数可以实现吸声频带的拓宽。     

穿孔率和穿孔直径耦合下微穿孔板吸声体整体吸声性能

微穿孔板几何参数的耦合性及其对整体吸声性能的影响,对于设计微穿孔板吸声体和优化其工作性能具有指导作用。根据微穿孔板吸声体基本理论,研究了穿孔率和穿孔直径双参数耦合作用下微穿孔板吸声体的整体吸声性能。穿孔率和穿孔直径之间的耦合性与其本身取值密切相关,而与板厚和板后腔深无明显关系;在穿孔率-穿孔直径参数域上,吸声体存在吸声系数为1.0的吸收峰,整体吸声性能随穿孔率或穿孔直径从小到大变化,呈现出先增强后减弱的变化趋势。该结论能够准确解释微穿孔板受粉尘污染后吸声性能的变化规律和演变路径。论文的工作为设计微穿孔板吸声体提供了一种新的理论依据和实施方法。     

微穿孔板的实际极限

对微穿孔板吸声器的构造和吸声特性进行了分析。曾认为低穿孔常数和孔径小可导致宽频带内的高吸声特性。为求得极限,从穿孔系数为1,孔径0.1 mm开始,因为负载声阻和吸声系数可接近1,高吸声系数的共振频率可达1000 Hz,高频率可在吸声范围之内。单片微穿孔板可否用于平常噪声控制,在宽频带内吸声较大?为了比较,半吸声带宽不适用,因为可能包括低吸声系数。建议用吸声系数0.5作为实际吸声底线,为比较微穿孔板的统一标准。更以吸声系数的频率曲线以进行详细比较。负载声阻为1(声阻等于空气特性阻抗)时,微穿孔板的吸声范围约为2.5倍频程,比常用的微穿孔板稍好。负载声阻大于1时,吸声的频率范围显著增加,有些适合宽频带高吸收的要求。将其实现可能是微穿孔板吸声器的重大发展。     

穿孔板的声学厚度修正

使用有限元法计算穿孔板的声学厚度修正系数,研究穿孔率、穿孔板厚度、孔径和穿孔排列形式对声学厚度的影响,获得了穿孔率低于40%的穿孔板的声学厚度修正系数。计算结果表明:穿孔板厚度、孔径和排列形式对声学厚度的影响不大;穿孔率对声学厚度影响很大。基于数值计算结果给出了声学厚度修正系数的近似表达式,利用由该表达式形成的穿孔声阻抗公式计算了穿孔管消声器的传递损失,计算结果与实验结果吻合良好,从而验证了应用该表达式预测穿孔管消声器消声性能的准确性。     

微穿孔板的应用技术

自1975年马大猷教授发表了关于微穿孔板吸声构造的论文[^{1,2]以后,微穿孔板吸声构造在我国的应用已日趋扩大。近年来,在欧美,环境和卫生界人士提出矿物性纤维对人体健康有害的见解,虽然对这种见解尚未取得一致的意见,但因此却使人联想到几十年前因石棉对人体有害所引起的建筑物内大量翻修,以新的材料替换石棉的情景。吸声材料的生产厂家迫切要求能生产不含矿物纤维的宽频带吸声材料,而很多建设方也要求在新建筑物内不再使用矿物性纤维吸声材料。微穿孔板正是适应这一要求、不需外加阻尼材料的共振型吸声构造。新建的联邦德国议会全体会议大厅是周围为玻璃墙面的圆形建筑物,建成首次使用时,发生由于墙面声反射引起会场扩声系统不能正常工作的问题。为了解决这个声学问题而又不改变目前建筑形状和外观,我们设计并试制了透明的微穿孔板吸声构造。}     

穿孔板振动的实验研究

本文测量了穿孔率从0.008到0.30的穿孔板的共振频率,将此共振频率与未穿孔的相同板的共振频率比较,求得穿孔板的共振频率与穿孔率之间的关系。本文也对穿孔板的阻尼因数作了初步测量。     

高声强下的微穿孔板

微穿孔板的穿孔面积(例如百分之一左右)比一般都低,所以在稍高的声强下,穿孔内的质点速度可达到相当高的数值(和声速比),因而将影响微穿孔板的声阻抗和它的特性。理论证明,穿孔,做为短的细管所受影响不大,但其末端改正则由于形成喷注,使其声阻大为增加,声质量则稍有降低。后果是使微穿孔板适用的声强范围受限,但也可以根据这个规律延伸微穿孔板的使用到更高声强。文中将举例说明这些关系。     

关于穿孔板的非线性声阻

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