并联微穿孔板吸声结构研究

    微穿孔板吸声体具有清洁、无污染、耐高温、耐腐蚀及能承受高速气流冲击的特点,具有特殊用途。在常温下微穿孔板具有吸声系数高、吸收频带宽等优点,广泛应用于噪声控制的各个领域。马大猷教授于1975年首先提出微穿孔板理论后,微穿孔板理论不断发展和完善,形成了一整套完整的计算方法[1-3]组合微穿孔板的声学特性方面,史伟[4]通过实验研究,比较了不同结构参数的微穿孔板组合的吸声效果,但未从机理上进行讨论。查雪琴[5]和刘克教授[6]分别对垂直入射及扩散场条件下并联微穿孔的吸声系数进行了测量,得到并联微穿孔板吸声结构吸声系数实验数据,也未给出对应的理论计算结果。文献[7]介绍了关于微穿孔板的发展方向并指出:并联结构方面的理论及实验研究,对微穿孔板异型结构的开发将有很大的帮助。开展并联结构的理论研究,则并联结构的阻抗及吸声系数的计算是必不可缺的,本文从理论上寻求并联微穿孔板吸声系数的明确计算方法。由于此前未见相关计算方法,故本文将计算得到的结果与软件SYSNOISE的仿真结果与已有的垂直入射条件下及扩散场内的实验数据结果分别进行比较,以验证该计算方法的合理性。

    1 微穿孔板基本理论

    微穿孔板吸声体(见图1)的声容是由后面空腔内空气沿孔的轴向振动产生,假设无横向振动,根据电--声类比(见图2)可得到并联相对声阻抗

    式中 n为板的个数;Si为每块板的面积;A为所有板的总面积,为各个微穿孔板的相对声阻抗,且[2]

  Zc=r+j[Xm-cot(XD/c)] (2)

    式中 X为角频率;D为板后距离;c为声速。

    经末端修正后的微穿孔板相对声阻[2]

    式中 为微穿孔板常数;d、t分别为微穿孔板的孔径、板厚;p为穿孔率;Q、M分别为空气密度和运动黏度。

    扩散场内以H角斜入射的微穿孔板相对声阻抗[4]

    式中H为声波入射角度。

    正入射时的吸声系数

A=4Re(Z)/{[1+Re(Z)]2+[Im(Z)]2} (6)

    随机入射的吸声系数

    2 计算结果及讨论

    (1)垂直入射时,理论计算的并联微穿孔板组合吸声系数与仿真实验结果对比

    考虑到驻波管管径较小,测多块板吸声系数时存在诸多误差因素(微穿孔板的加工精度、边缘效应、板的放置和周边密封条件以及实验设备引起的误差),故采用SYSNOISE软件根据国家标准中/阻抗管中吸声系数和声阻抗测量0实验原理和要求[8]进行仿真计算。所用微穿孔板参数为d=0.9 mm ,孔间距b=5 mm,t=1 nm,穿孔率为2.54%,一块板的D=10 mm,另一块板的D=20 mm,此时它们的共振频率不同,两块板面积相同。