阻抗复合式排气消声器声学性能研究

摘要

安装排气消声器是控制船舶排气噪声最为简单且有效的手段，而阻抗复合式消声器因其优良的消声性能在实际工程应用中最为常见。本文针对阻抗复合式排气消声器的声学性能进行了探究。 研究了吸声材料硅酸铝和玻璃纤维的声学特性。基于传递函数理论，利用四传声器法测量并结合MATLAB自编程序得到了特性阻抗比和复波数比，并对实验结果进行曲线拟合，给出了特性阻抗比和复波数比的经验公式。利用双传声器法分别测量了二者的吸声系数并对实验结果进行了对比分析，发现硅酸铝在低频范围内的吸声性能明显优于玻璃纤维。同时，以玻璃纤维为例探究了吸声材料厚度对吸声系数的影响，发现增加吸声材料的厚度可以有效改善吸声材料在低频处的吸声能力。 探究了不同的阻抗结构对消声器声学性能的影响。基于有限元法利用COMSOL软件对消声器的传递损失进行了计算。以简单膨胀腔消声器为例，对只有穿孔板、膨胀腔内全为刚性壁、吸声材料单独存在、吸声材料直接贴附在穿孔板上、吸声材料与穿孔板之间夹有玻璃丝布等不同情况下的传递损失进行了计算和对比分析。结果发现，与简单膨胀腔内都是刚性壁相比，穿孔板有效地增加了传递损失;穿孔板与吸声材料贴附在一起时，穿孔板的作用则几乎可以忽略，该种情况下的传递损失与只有吸声材料时差异微小，说明吸声材料起到了主要作用;与吸声材料穿孔板的二者复合结构相比，中间夹有玻璃丝布的三者复合结构对应的传递损失更小，在频率较高时尤其明显，说明玻璃丝布起到了一定的隔声作用，不利于提升消声器的声学性能。 探究了进口插管和膨胀腔对消声器声学性能的影响。在仿真计算的基础上，利用两负载法实际测量了相应的消声器试验件的传递损失。发现膨胀腔长度不变时，增加进口插管长度可使传递损失曲线向低频方向移动，进口插管长度增加有利于控制低频噪声;插管长度不变时，改变膨胀腔的长度，传递损失曲线则几乎没有变化;说明调节进口插管的长度对于控制低频噪声更有效。