高壓放空排氣噪聲是排氣噴流噪聲的一種。排氣噴流噪聲的特點(diǎn)是聲級高頻帶寬,傳播遠(yuǎn)。排氣噴流噪聲是由高速氣流沖擊和剪切周圍靜止的空氣,引起劇烈的氣體擾動而產(chǎn)生的。
在噴口附近(在噴口直徑D的4-5倍范圍內(nèi)),氣流繼續(xù)保持噴口處的流速成前進(jìn)。這個區(qū)域叫直流區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi),存在著一個射流核心,在核心周圍,射流與卷吸進(jìn)來的氣體激烈混合,輻射的噪聲是高頻性的。
在噴口稍遠(yuǎn)的地方(約5D-15D)為混合區(qū),在這個區(qū)域里,氣流與周圍大氣之間進(jìn)行激烈地混合,引起急劇的氣體擾動,射流寬度逐漸擴(kuò)展,產(chǎn)生的噪聲最強(qiáng)。
在離噴口更遠(yuǎn)的地方(15D以外),稱為渦流區(qū),在這個區(qū)域里,氣流寬度很大,速度逐漸降低以至消失,形成渦流的強(qiáng)度反復(fù)地減小,產(chǎn)生的噪聲是低頻性的。
Lighthill首先分析了噴注氣流均勻,中間無障礙物即噴注中只有四極子聲源的情況,得到湍流噪聲功率與流速成八次方的定律。
對于阻塞噴注,試驗證明,氣室壓力超過臨界條件繼續(xù)增加時,雖然噴注速度保持局部聲速成不變,但噪聲仍要增大。馬大猷教授等得到噴注湍流噪聲的聲功率W與注點(diǎn)壓力P1的經(jīng)驗公式為
W=KP(P1-P2)4D/(P-0.5PO)PO2(1)
在噴注90方向上,離噴口1M處的聲壓級L為:
LP=80+20lg(P1-PO)/(P1-0.5PO)PO+20lgDdBA(2)
式中:
P1---注點(diǎn)壓力
D----噴口直徑
PO----環(huán)境大氣壓
這公式說明書了在阻塞情況下,雖然噴注速度不再增加,但隨著壓力的增加,噪聲功率也隨之增加。
高壓放空噪聲的控制方法是在排氣管上安裝消聲器。按消聲原理設(shè)計結(jié)構(gòu)分,排氣放空消聲器可分為四大類。
1.?dāng)U容降速型消聲器
這種消聲器的原理是利用較大的體積容腔,擴(kuò)容降壓,降低排口流速。由于在亞聲速情況下,噴流噪聲的強(qiáng)度與流速成的八次方成正比,所以在流量保持恒定的情況下,逐漸擴(kuò)大容腔和增大排口截面可以降低噴流速度,從而降低噪聲。
2.節(jié)流降壓型消聲器
在阻塞情況下,由于排氣噪聲的強(qiáng)度隨著壓力的增加而加大,節(jié)流降壓型消聲器就是利用節(jié)流降壓原理,把一個大壓降,分散到若十個局部結(jié)構(gòu)承擔(dān),變成許多小的壓降,從而降低噪聲。
3.小孔噴注型消聲器
噴流噪聲的峰值頻率與排口直徑成反比,因此,如果使排口輻射的噪聲能量從低頻移動高頻,于是低頻噪聲被降低,高頻噪聲增高。如果孔徑小到一定值(如達(dá)毫米級),噴流噪聲的能量將移到人耳不敏感的高頻范圍。
4.多孔材料擴(kuò)散消聲器
利用燒結(jié)金屬,燒結(jié)塑料,多孔陶瓷等控制排氣噴流噪聲,這些材料有大量的微小孔隙(達(dá)絲米級),可以透氣和滲水。用這類材料制成的消聲器稱之為多孔材料擴(kuò)散消聲器,利用多孔材料的透氣性,使排氣流被濾成無數(shù)個小的氣流,氣流的壓力被大大降低,流速成也被擴(kuò)散減少。從而,輻射的噪聲強(qiáng)度也就大大減弱。
我國自七十年代末以來,在排氣放空噪聲的機(jī)理和控制技術(shù)方面,進(jìn)行了大量首創(chuàng)性的研究和實(shí)際應(yīng)用工作,提出了阻塞情況下,降低排氣噪聲的理論,并把這些理論付之實(shí)際,得到很好的效果,根據(jù)四種消聲原理設(shè)計的復(fù)合式消聲器,如節(jié)流降壓與小孔噴注復(fù)合消聲器,節(jié)流與擴(kuò)容式復(fù)合消聲器等,對我國排氣噴流噪聲的控制起到了積極的推動作用。這方面的有些成果已超過了目前國際水平。