在進行某型(xing)飛機(ji)(ji)(ji)環控系(xi)統空氣(qi)(qi)(qi)散熱(re)(re)(re)器性能(neng)試(shi)驗(yan)(yan)時(shi)(shi)，散熱(re)(re)(re)器熱(re)(re)(re)邊出(chu)口氣(qi)(qi)(qi)流來自(zi)飛機(ji)(ji)(ji)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)壓氣(qi)(qi)(qi)機(ji)(ji)(ji)引氣(qi)(qi)(qi)，流量(liang)為10000kg/h（滿負(fu)荷(he)），氣(qi)(qi)(qi)流溫度(du)220℃，熱(re)(re)(re)邊出(chu)口管徑(jing)100mm；散熱(re)(re)(re)器冷(leng)邊出(chu)口氣(qi)(qi)(qi)流來自(zi)飛機(ji)(ji)(ji)發(fa)動(dong)機(ji)(ji)(ji)外涵道(dao)引氣(qi)(qi)(qi)，流量(liang)為15000kg/h（滿負(fu)荷(he)），氣(qi)(qi)(qi)流溫度(du)350℃，出(chu)口管徑(jing)150mm，因此冷(leng)熱(re)(re)(re)邊出(chu)口排氣(qi)(qi)(qi)氣(qi)(qi)(qi)流速度(du)分別達到了(le)236m/s和354m/s。如此高(gao)溫高(gao)流速氣(qi)(qi)(qi)體直接排放在試(shi)驗(yan)(yan)大廳(ting)中，產生很大的(de)(de)噪聲。當滿負(fu)荷(he)供氣(qi)(qi)(qi)時(shi)(shi)，距離排氣(qi)(qi)(qi)口10 m處，測得的(de)(de)噪聲值高(gao)達130dB(A)，嚴重(zhong)影(ying)響了(le)試(shi)驗(yan)(yan)室工作人(ren)員的(de)(de)工作和活動(dong)，為此需(xu)要采(cai)取合(he)理有效的(de)(de)措施(shi)降低(di)該排氣(qi)(qi)(qi)氣(qi)(qi)(qi)流噪聲。

本文依據的(de)(de)是中國科學(xue)院聲(sheng)學(xue)所馬大猷院士(shi)提出的(de)(de)小(xiao)孔噴注控制噪(zao)聲(sheng)理論設計了一種有4層穿孔板吸聲(sheng)結構的(de)(de)小(xiao)孔復(fu)合式消(xiao)聲(sheng)器。

該(gai)理論為：將一個大的(de)(de)噴口在不小(xiao)(xiao)于(yu)原(yuan)排(pai)氣量的(de)(de)前提下，改(gai)為許(xu)多小(xiao)(xiao)孔(kong)來(lai)替代，小(xiao)(xiao)孔(kong)將高頻聲(sheng)移到人耳不敏感(gan)的(de)(de)超聲(sheng)范圍(wei)，從(cong)而達(da)到降(jiang)噪的(de)(de)目的(de)(de)。應用(yong)結果證明了該(gai)消聲(sheng)器的(de)(de)優良(liang)性能和工(gong)程適(shi)用(yong)性。

1 氣流噪聲分析

直徑(jing)為D的圓噴口形成自由噴注的結(jie)構，如圖(tu)：

圖1  從圓噴口噴入靜(jing)止空(kong)氣(qi)的噴注結構

噴(pen)(pen)(pen)口(kou)(kou)的(de)(de)(de)噴(pen)(pen)(pen)注(zhu)(zhu)形式分為混(hun)合區(qu)(qu)、過(guo)渡區(qu)(qu)和充分發展區(qu)(qu)。混(hun)合區(qu)(qu)的(de)(de)(de)中心(xin)(xin)部分是(shi)噴(pen)(pen)(pen)注(zhu)(zhu)的(de)(de)(de)核心(xin)(xin)，核心(xin)(xin)長度（或(huo)說混(hun)合區(qu)(qu)）的(de)(de)(de)延(yan)伸距離大(da)(da)約是(shi)噴(pen)(pen)(pen)口(kou)(kou)直(zhi)徑的(de)(de)(de)4-4.5倍(bei)(bei)。過(guo)渡區(qu)(qu)大(da)(da)致擴展到10倍(bei)(bei)直(zhi)徑的(de)(de)(de)地方(fang)。測量表明(ming)沿噴(pen)(pen)(pen)注(zhu)(zhu)表面，在噴(pen)(pen)(pen)口(kou)(kou)附近(jin)聲(sheng)(sheng)壓較低，在3-4倍(bei)(bei)噴(pen)(pen)(pen)口(kou)(kou)直(zhi)徑的(de)(de)(de)距離內(nei)迅速增加(jia)到最大(da)(da)值，以后又(you)慢慢降低。噴(pen)(pen)(pen)注(zhu)(zhu)噪聲(sheng)(sheng)大(da)(da)部分來自混(hun)合區(qu)(qu)和過(guo)渡區(qu)(qu)的(de)(de)(de)湍流運動(dong)，該運動(dong)形成湍流噪聲(sheng)(sheng)，是(shi)一種(zhong)高頻噪聲(sheng)(sheng)，主要產生在噴(pen)(pen)(pen)口(kou)(kou)附近(jin)。

噴注湍流噪(zao)(zao)(zao)聲的(de)頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)具有寬頻(pin)(pin)帶(dai)噪(zao)(zao)(zao)聲的(de)特(te)征，但對(dui)人(ren)起(qi)干擾(rao)作用(yong)的(de)只(zhi)是其中可(ke)聽聲頻(pin)(pin)率(lv)范圍(wei)內的(de)一部分。如噴口直(zhi)徑在幾厘米(mi)或幾十厘米(mi)，噪(zao)(zao)(zao)聲頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)都在可(ke)聽聲范圍(wei)，全部噪(zao)(zao)(zao)聲都對(dui)人(ren)起(qi)干擾(rao)作用(yong)。若把(ba)噴口直(zhi)徑減小到幾毫米(mi)或更小，噪(zao)(zao)(zao)聲頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)將移(yi)向很(hen)高的(de)頻(pin)(pin)率(lv)，超過了(le)人(ren)耳可(ke)聽范圍(wei)，頻(pin)(pin)譜(pu)(pu)的(de)大部分對(dui)人(ren)耳不再起(qi)干擾(rao)作用(yong)。

2 消聲器設計

通過對現場氣流(liu)噪(zao)聲的(de)(de)分析并綜合考(kao)慮了工作人員的(de)(de)工作環境等(deng)指標后，決定試(shi)驗時在(zai)散熱(re)器(qi)冷、熱(re)邊排(pai)氣口(kou)各(ge)加裝一臺消(xiao)聲器(qi)。消(xiao)聲器(qi)的(de)(de)設計(ji)指標為(wei)：距(ju)離(li)散熱(re)器(qi)冷邊和熱(re)邊排(pai)氣口(kou)10m處的(de)(de)噪(zao)聲值在(zai)滿負荷供氣時降到95dB(A)以(yi)下(xia)；在(zai)熱(re)邊流(liu)量8000 kg/h、冷邊流(liu)量12000 kg/h時降到82 dB(A)以(yi)下(xia)，即降噪(zao)量≥35dB(A)。

由已知的理論得到，一般是用多孔材料消聲器降低氣流噪聲。多孔材料中含有無數個微小通道，氣流可以通過它們排入大氣，同時受到阻力作用。高速氣流的多孔擴散過程就是氣流經過多孔材料形成許多小噴注，然后再匯合成一個面積較大而速度較低的大噴注，達到噪聲降低的效果。其消聲量計算為：

其中： 

設計時需要注意以下四方面因(yin)素，把握(wo)好孔徑(jing)、孔距、孔數三個參(can)數。

（1）從(cong)實(shi)用角度出(chu)發，孔(kong)直徑(jing)d不(bu)能選的(de)太小(xiao)。因為孔(kong)直徑(jing)太小(xiao)，不(bu)僅難加(jia)工(gong)，而且還容易堵(du)塞，影響排氣量，增(zeng)加(jia)氣流阻力。但也不(bu)能太大，如果(guo)孔(kong)徑(jing)過大，消聲效果(guo)會很差。

（2）如果小(xiao)(xiao)孔間距較(jiao)小(xiao)(xiao)，氣流通(tong)過小(xiao)(xiao)孔后還會相互混合成大的(de)噴注(zhu)而(er)產生低頻(pin)噪(zao)聲(sheng)，從而(er)使消(xiao)聲(sheng)效(xiao)果變差。為此，設計小(xiao)(xiao)孔噴注(zhu)消(xiao)聲(sheng)器時(shi)，孔間中(zhong)心(xin)距b應滿足：b≥d+6√d

（3）為了使排(pai)(pai)氣通(tong)暢(chang)，考慮到小(xiao)孔的阻尼作用，消聲(sheng)器(qi)的開孔流(liu)通(tong)面(mian)積的設(she)計(ji)排(pai)(pai)氣口流(liu)通(tong)面(mian)積的多倍。

（4）小孔噴注(zhu)板(ban)應具有(you)足夠的(de)強度和(he)剛度，保證在間歇性(xing)排氣(qi)氣(qi)流的(de)沖擊力作用(yong)下(xia)不能產生(sheng)結構噪聲(sheng)。

在綜合考慮了上述要求后，設計的小孔復合式消聲器由4層多孔板結構組成，所有材質均為t1.5厚不銹鋼板，層與層之間由支撐件連接。從里往外，穿孔率分別為：12.2%、9.12%、5.5%、5.17%，消聲段長度1150 mm。

圖(tu)(tu)2  小孔(kong)復合式消聲器外形圖(tu)(tu)

3 降噪效果

將設計(ji)好的消聲(sheng)器連(lian)接到散熱器冷、熱邊出口后(hou)，在滿負荷(he)供氣條件時(shi)，距離排氣口10m測得的聲(sheng)壓(ya)級為95dB(A)。試驗室工作(zuo)人員反(fan)映，現場(chang)感受降噪效果明顯。

下表為(wei)熱邊(bian)(bian)供(gong)氣流量8000 kg/h、冷(leng)邊(bian)(bian)供(gong)氣流量12000 kg/h時，安裝消聲(sheng)器(qi)前后，在試(shi)驗現場，距離排氣口10m處測(ce)得的聲(sheng)壓級。

表1  加裝消聲器前后測量值比較

圖3 加消聲(sheng)器(qi)前后散熱器(qi)出(chu)口的噪聲(sheng)頻譜

4 結 語

本文針對某(mou)型飛機環控系統空(kong)氣散熱器性能試驗(yan)管路排氣出(chu)口設(she)計了一(yi)小孔復合(he)(he)式消聲(sheng)器。該消聲(sheng)器可以有效地降低高速氣流(liu)噪聲(sheng)，且結構簡單，體(ti)積小，重量輕(qing)，耐(nai)高低溫、耐(nai)腐蝕(shi)，耐(nai)濕(shi)度。能夠保證高速氣流(liu)下長(chang)期(qi)有效作用，適合(he)(he)試驗(yan)室等對環境要求較高的工作環境。

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