消声器的设计计算

计算并设计一消声器，用于频率为100Hz的发动机排气消声器，消声量不小于30dB，需选定已知内壁管壁厚，开孔个数，每个孔直径，扩张室直径，排气管道直径为5cm，用三维软件画出设计图。

噪声按声音的频率可分为：＜400Hz的低频噪声、400～1000Hz的中频噪声及＞1000Hz的高频噪声。根据设计要求及各种消声器的适用范围，选用抗性消声器进行设计改进。

抗性消声器

消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不同，它不使用吸声材料而是在管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔，声波在管道截面的突然扩张(或收缩)，造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象，从而在消声器的外测，达到了消声的目的。

消声的频率特性：具有中、低频消声性能。

适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（气体流速较高气速的情况）

抗性消声器具有的特点：

（1）不需要使用多孔吸声材料

（2）耐高温、抗潮

（3）流速较大，洁净

（4）对低频、窄带噪声有较好的效果。

常用抗性消声器的类型：

（1）扩张室式消声器

（2）共振腔消声器

（3）干涉式消声器

按共振腔消声器进行设计：

（1）倍频带消声量不小于30dB，由式：

K

L+

=

∆

lg

102

20

)

1(

K

+

=

302

lg

10

20

)

1(

查表

不同频带下的消声量△L 与K值的关系

得，K ≈8 （2）由KS f V 22c

•=

π有： 2

42

2

2m 106.19cm 6.1954

4-⨯=≈⨯==ππd S 3

2-34m 107.1cm 107.16

.1982100

234000

⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯=

πV （3）设计一个与管道同心圆形的共振腔消声器，其内径为5cm ，外径为20cm ，共振腔所需长度为：

cm 7.575-204

17000

)

(4

22212

2==

-=

）（π

π

d d V

L

取L=58cm

m

108.5cm 8.517000)340001002()2(

22

20-⨯==⨯⨯=•=πV c πf G 选用管壁厚度t=0.2cm,孔径d=0.6cm,则由式d t nS G 8.00

+=

，求得开孔个

数：

个146.04

)

6.08.02.0(8.5)8.0(20

=⨯⨯+⨯=+=

πS d t G n

由上述计算结果，可设计共振腔消声器长为580mm ，外腔直径为200mm,腔的内径为50mm ，管壁厚2mm ，在气流通道的共振腔中部均匀排列开14个孔，孔径为6mm 。

（4）验算共振腔消声器的有关声学特性

Z 0H 10017000

8

.52340002===

ππV G c f Z H 2074203400022.1c 22

.1=⨯==D

f 上

由题意得，中心频率为100Hz 的倍频带包括89.8~112Hz ，不会出现高频失效问题。

共振频率的波长：

cm 1133

340

3cm 34010034000

c 0

00≈=

===λλf

上述设计的共振腔的长、宽、腔深尺寸都小于共振频率波长的1/3，故该设计方案可用，如图所示。

孔心距应大于孔径的5倍，设计中取孔距为40mm 。穿孔范围246mm

=λ。