慢波速旁路管水动力噪声消声器降噪特性研究

舰 船冷却 管路 系统 中 ，由泵 以及 阀门产 生的管 内噪 声 由管 口直接 向外场辐 射 。这种 噪声源 同螺 旋 桨噪 声一样 ，难 以采取屏 蔽 降噪措 施 。在 舰船 冷却 管路 中设 置水动 力 噪声消 声器 ，是 降低管 口辐射 噪 声 的有 效方 法 。水介质 管路 消声器 设计 存在 如下 困难 ：首先 ，频 率一 定时水 介质 中声波 的波 长 比空气 中 的波 长大 四倍 多 ，相 同消 声频率 下 消声器 的尺 寸势必 增大 ，但尺 寸增 大会 受 到安装 空 间的制约 ；其 次 ，空气介质 中常用 的吸声 、隔 声材料 在水 介质 中基本 上都 是透 声的 ，水介质 消 声器不 宜按 空气 消声
消声器 材质 、尺 寸参数对水 管路消声性 能的影响，用实验验证 了慢波速旁路管消声器 的消声效果 ，并采用
并联不同长度慢 波速旁路管的方 式在宽频域 内达 到较好 的消声效果 。
关 键 词 ：管道；旁路管；消声器 中 图 分 类 号 ：Ｔ ５ Ｂ３ 文献标识码 ：Ａ
０ 引 言
Ｈ Ｏ管阵 列 ， — 根据 发动机不 同转速 ， 主动改变 二者 交叉 的长度 ， 以达 到较 大的 降噪效 果 。 ｓｎｅ（０ ５ Ｄｅａｔｓ ０） ２
认 为通过 引入 附加 交叉管 可使 声波沿 管路传 递路径 增多 。Ｋａｌ ｏ （０ ８ ］ 用导 纳矩 阵法推 导 了均匀 ｒ ｓｎ２ ０ ） 采 ｓ
慢波速旁路管水动力噪声消声器降噪特性研 究
李 东升 ，薛 晖 ，高 岩
（ ．中国船舶科 学研究 中心，无锡 ２ ４ ８ １ １０ ２
２ ．西北 ｘ 业 大 学材 料 系 ，西 安 ７ ０ ７ － １０ ２）
摘
要
根 据经典旁路管消声器设计 方法 ，建立柔性壁慢波速旁路管水 动力噪声消声器 的物理模型 ，分析旁路
收稿 日期 ：２ １— ５１ ：修 改稿 收稿 日期 ：２ １－ ０１ ０ ０ ０ —８ ００１－１
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第 ４期 （ 总第 １３期） ９
李东升 ， ： 等 慢波 速旁 路管 水动 力噪声 消声 器降 噪特性 研究
流 管系统 的传 递损 失 ，得 到 了关 于最 大衰减 产 生频段 的 一般表 达式 ，还 建立 了一 个简单 的理 论模 型用 于补偿 ＨＯ 管弯 曲造 成 的相关 影响 。Ｂ．ｏｒ ｅ（０ ９ ＿ 立 了三 维双 圆柱 的声传 递解析 模型 ，考虑 了 Ｐ ｉｎ ｒ ０ ） ０ ｉ ２ 建 Ｈ Ｑ支管与 主管 的鞍 形交界面 的影响 。国 内消声器研 究主要针 对扩张腔 和共振腔 结构 ，张文平 （ ０ ３ Ｉ ２ ０ ）［ｌ ｌ 利用扩 张腔 结构 设计 了阻抗复合 式排 气消 声器 ；毕 嵘 （ ０ ７ Ｊ针 对汽 车 的进 、排 气 噪声研 究 了多腔 ２ ０ ）＿Ｊ ２ 共振式 消声 器 的声学特 性 ；周海 波 （ ０ ８ １研究 了在 扩张腔 消声 器 内部敷 设吸 声层 的海水 消声器 。 ２ ０ ）ｌｊ ３ 对于水 介质来 说 ， 由于 声波波 长较 长 ，要 使旁 路管 与主管 中声波 的相 位差达 到 １０ ，旁 路管 需要较 大 ８。 长度 ， 因而 会 降低 实用价 值 ，这也 就是 很少将 旁 路管 消声器 用 于水介 质 管路 降噪 的主要 原 因。为解 决 水介质 管路 的消声难 题 ，考虑 到主 管路 和旁 路管 的声 程差 不仅 取决 于它们 的长 度 ，还取 决于主 管和 旁 路管 中的 声速 。水介 质管 路 ，主管 一般 为钢 管 ，当旁 路管选 用低 杨 氏模量 的柔 性管 时 ，声波在 柔性 管 中传播 ，即使是 平面 波 ，其传播 速度 也 比钢 管 中平 面波 的传 播速 度低 ，属 于慢波 速平 面波 。这 样 ，在 同样 的频率下 ，要 使主管 路和 旁路 管的相 位差满 足 １０ ，柔 性旁 路管 的长度 可 以缩 短 。换言之 ，在较 ８。 短旁路 管的条件 下 ，也能 在低频 达 到较 好 的消声 效果 。 本 文针对 水介 质管 路建 立 了旁路 管消 声器 消声 的数 学物 理模 型 ，计 算 分析 消声器 参数 对消 声性 能 的影 响 。当旁路 管 中介质 声速大 幅低 于主 管 时 ，声压 以慢波 的形 式传 播 ，这样 的旁 路管在 本文 中简称 为慢 波速 旁路 管 。着 重研 究 了慢 波速 旁路 管相对钢 管 的消声 优 点，并试 验验 证 了它 的消 声效果 。
器设计 中经常采 用 的穿孔结 构进行 设计 。 经 典 的旁路 管淌声器 是在 原管 路上 布置 一个或 多个 旁路 管 。声波在 旁路起 点分为两 路 ，且主 管和 旁路管 的声程 差为 ｋ１ ｆ ， （ １ 这里 ，和 『 别为 主管和 旁路管 的长度 。 声程差 等于 （Ⅳ １ （ ２ ） 】 ２ 分 若 ２ ＋ Ⅳ为整数） ，
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中
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２１年 １ 月 ００ ２
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文 章 编 号： １０ —８ ２（０ ０ ０ —０２８ ００４ ８ ２ １） ４０ ９ ．
那么旁 路 中的声波与 主管路 中 的声波在 旁路终 点相互 抵消 ，起到 消声 的作用 。Ｓ ｌ ｔ（ ９ ４年 ） 采 ｅａ ｍｅ １９
用解 析 方法 建 立 了空 气管 路 中 旁路 管 消声 器 的理 论模 型 ，并试 验验 证 数 值计 算 结果 。在此 基 础上 ，
Ｓ ｌ ｔ（ ９ ７年 ）［建立 了多支 并列 的旁路管 消声器 的理论 模型 ，表 明不 同长 度 的并列 旁路管可 以有 ｅａ ｍｅ １ ９ 效扩展 消声频 率范 围 。Ｐ ｎｇａ ｉ Ｍｕｊｌ（ ０ ５年 ）ｐ将 旁路管广 义化 ，设计 了多种 形式 的并列 或 串 ａ ｉｒ 和 ｈ ｎａ ２ ０ ］ 列 的旁路管 ，运用 网络概念 建立 计算模 型 。多重连接 的空气 旁路 管消 声器可 以在 ２Ｈｚ以下 频段获 得宽 ｋ 带 消声效 果 。Ｈ ｒ ｈ １ ｕｎｋ ｅｓ ｅ． ｉｃ ｅ管成 为近几 年 内燃 机管 路消 声的研 究热 门 ，Ｂ ｒｉ ｏ 和 Ｓ ｔ（０ ０ｐ ｃ Ｑ ｕｄｓ ｓ ｍｉ ２ ０ ） ｈ 将环状 的 ＨＱ 管应用 于涡轮 机上 ，用于 消除管 道 中的高阶波 。Ｔｏ ｈ ｎ和 Ｍｃ ａ （０ １ ｒｃ ｏ ｌ ｎ２ ０ ） ｅ 分别在 ＨＱ管 的节点处安装 ｌ ／ ４波长 谐振器 ，取得 了较 宽频带 内的降噪效 果 。Ｈ ｎ （０ ３ 在 多套系 统 中使用 两个 ｗａ ｇ２ ０ ）Ｊ