高压放空排气噪声及控制

2016-07-06

高压放空排气噪声是排气喷流噪声的一种。排气喷流噪声的特点是声级高频带宽，传播远。排气喷流噪声是由高速气流冲击和剪切周围静止的空气，引起剧烈的气体扰动而产生的。

在喷口附近（在喷口直径D的4-5倍范围内），气流继续保持喷口处的流速成前进。这个区域叫直流区。在这个区域内，存在着一个射流核心，在核心周围，射流与卷吸进来的气体激烈混合，辐射的噪声是高频性的。

在喷口稍远的地方（约5D-15D）为混合区，在这个区域里，气流与周围大气之间进行激烈地混合，引起急剧的气体扰动，射流宽度逐渐扩展，产生的噪声最强。

在离喷口更远的地方（15D以外），称为涡流区，在这个区域里，气流宽度很大，速度逐渐降低以至消失，形成涡流的强度反复地减小，产生的噪声是低频性的。

Lighthill首先分析了喷注气流均匀，中间无障碍物即喷注中只有四极子声源的情况，得到湍流噪声功率与流速成八次方的定律。

对于阻塞喷注，试验证明，气室压力超过临界条件继续增加时，虽然喷注速度保持局部声速成不变，但噪声仍要增大。马大猷教授等得到喷注湍流噪声的声功率W与注点压力P1的经验公式为

W=KP(P1-P2)4D/(P-0.5PO)PO2 (1)

在喷注90方向上，离喷口1M处的声压级 L为：

LP=80+20lg(P1-PO)/(P1-0.5PO)PO+20lgD dBA (2)

式中：

P1---注点压力

D----喷口直径

PO----环境大气压

这公式说明书了在阻塞情况下，虽然喷注速度不再增加，但随着压力的增加，噪声功率也随之增加。

高压放空噪声的控制方法是在排气管上安装消声器。按消声原理设计结构分，排气放空消声器可分为四大类。

1．扩容降速型消声器

这种消声器的原理是利用较大的体积容腔，扩容降压，降低排口流速。由于在亚声速情况下，喷流噪声的强度与流速成的八次方成正比，所以在流量保持恒定的情况下，逐渐扩大容腔和增大排口截面可以降低喷流速度，从而降低噪声。

2．节流降压型消声器

在阻塞情况下，由于排气噪声的强度随着压力的增加而加大，节流降压型消声器就是利用节流降压原理，把一个大压降，分散到若十个局部结构承担，变成许多小的压降，从而降低噪声。

3．小孔喷注型消声器

喷流噪声的峰值频率与排口直径成反比，因此，如果使排口辐射的噪声能量从低频移动高频，于是低频噪声被降低，高频噪声增高。如果孔径小到一定值（如达毫米级），喷流噪声的能量将移到人耳不敏感的高频范围。

4．多孔材料扩散消声器

利用烧结金属，烧结塑料，多孔陶瓷等控制排气喷流噪声，这些材料有大量的微小孔隙（达丝米级），可以透气和渗水。用这类材料制成的消声器称之为多孔材料扩散消声器，利用多孔材料的透气性，使排气流被滤成无数个小的气流，气流的压力被大大降低，流速成也被扩散减少。从而，辐射的噪声强度也就大大减弱。

我国自七十年代末以来，在排气放空噪声的机理和控制技术方面，进行了大量首创性的研究和实际应用工作，提出了阻塞情况下，降低排气噪声的理论，并把这些理论付之实际，得到很好的效果，根据四种消声原理设计的复合式消声器，如节流降压与小孔喷注复合消声器，节流与扩容式复合消声器等，对我国排气喷流噪声的控制起到了积极的推动作用。这方面的有些成果已超过了目前国际水平。

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