專利名稱：一種圓腔消聲器的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃?xì)夥植际侥茉唇翟腩I(lǐng)域，具體涉及一種圓腔消聲器合理尺寸的設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
燃?xì)夥植际侥茉词菄?guó)家正在大力發(fā)展的一種新的清潔能源利用形式，該能源利用形式具有節(jié)能減排的顯著效果。由于分布式能源站需要靠近用戶端設(shè)置，所以與常規(guī)的發(fā)電廠及熱電廠相比，更加靠近人口集中的生活區(qū)或者辦公區(qū)域，例如居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院甚至療養(yǎng)院等場(chǎng)所。因而，噪聲問(wèn)題成為分布式能源推廣中凸顯出的主要問(wèn)題之一。消聲器是降低風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)噪聲的重要部件，其性能好壞直接影響風(fēng)機(jī)噪聲的降噪效果和風(fēng)機(jī)功率損耗。圓腔消聲器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，且降噪量高，所以廣泛應(yīng)用于工業(yè)降噪領(lǐng)域。燃?xì)夥植际秸舅a(chǎn)生的噪聲源，是由內(nèi)燃機(jī)設(shè)備、電制冷設(shè)備、直燃機(jī)設(shè)備、溴化鋰機(jī)設(shè)備、循環(huán)水泵和管道噪聲形成空氣動(dòng)力性噪聲、機(jī)械性噪聲、電磁噪聲和振動(dòng)噪聲等，這些噪聲的降噪方法主要是在煙氣出口、進(jìn)排風(fēng)口施加圓形消聲器進(jìn)行降噪。目前，從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀看，消聲器的研究成果大部分是針對(duì)氣流流速較高的小型消聲器，比如汽車尾氣排放消聲器，脈動(dòng)壓力級(jí)平均大于120分貝。而對(duì)于大部分工業(yè)領(lǐng)域尤其是分布式能源所涉及的空腔氣體聲學(xué)問(wèn)題，氣流速度通常小于聲速的1/10左右，消聲器體型較大，因而，較低流速的圓腔消聲器研究相對(duì)較少，但是較低流速圓腔消聲器的研究更具有廣泛地實(shí)用價(jià)值。目前利用圓腔消聲器進(jìn)行降噪的研究取得了一定進(jìn)展，證實(shí)了圓腔消聲器用于分布式能源的可行性及發(fā)展?jié)摿?。但目前所有研究成果中全部是研究圓腔消聲器降噪量問(wèn)題，很少部分機(jī)構(gòu)研究圓腔消聲器理論設(shè)計(jì)尺寸問(wèn)題，在這些研究中對(duì)圓腔消聲器半徑及長(zhǎng)度并未進(jìn)行合理的選取。特別是分布式能源站所用的大型圓腔消聲器，現(xiàn)有消聲器尺寸半徑及長(zhǎng)度過(guò)大，嚴(yán)重地造成較大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。Jungowski等學(xué)者在1989年Journal ofSound and Vibration 發(fā)表的文章“Cylindrical side branch as tone generator，，,文章中利用實(shí)驗(yàn)的方法研究圓腔直徑分別為0.025 1.7m的消聲器，理論上并未給出消聲器的合理設(shè)計(jì)尺寸。Jin Woo Lee 等學(xué)者在 2009 年 International Journal for NumericalMethods in Engineering 發(fā)表的文章“Topology optimization of muffler internalpartitions for improving acoustical attenuation performance，，,文章中利用有限兀方法研究了圓腔消聲器。杜江等學(xué)者在2010年振動(dòng)與沖擊上發(fā)表的文章“計(jì)及氣流影響的小長(zhǎng)徑比插入管消聲器聲學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)研究”等發(fā)表的文章中對(duì)圓腔消聲器合理設(shè)計(jì)尺寸未進(jìn)行計(jì)算。這些已發(fā)表或公開的研究成果并為充分利用氣體流量、圓腔半徑及漏風(fēng)系數(shù)等之間的關(guān)系，沒(méi)有對(duì)氣體流速及柯西系數(shù)進(jìn)行深入研究。本發(fā)明的目的就是通過(guò)氣體流量、流速、圓腔半徑、漏風(fēng)系數(shù)、柯西系數(shù)及降噪量之間的變化特點(diǎn)，對(duì)圓腔消聲器的合理設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行了精確設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決圓腔消聲器的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，對(duì)消聲器主體的合理尺寸和降噪量進(jìn)行評(píng)估，提出一種圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度和直徑的合理尺寸的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案具體為:一種圓腔消聲器的設(shè)計(jì)方法，所述圓腔消聲器包括排煙/排風(fēng)入口管、圓腔消聲器主體和排煙/排風(fēng)出口管，所述圓腔消聲器主體一端與排煙/排風(fēng)入口管連接，另一端與排煙/排風(fēng)出口管連接，其特征在于，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟:步驟I):確定圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度H，測(cè)量圓腔消聲器主體中噪聲聲波波速及噪聲中心頻率，按照表達(dá)式⑤確定圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度H
權(quán)利要求
1.一種圓腔消聲器的設(shè)計(jì)方法，所述圓腔消聲器包括排煙/排風(fēng)入口管、圓腔消聲器主體和排煙/排風(fēng)出口管，所述圓腔消聲器主體一端與排煙/排風(fēng)入口管連接，另一端與排煙/排風(fēng)出口管連接，所述排煙/排風(fēng)入口管和出口管的內(nèi)半徑相同，其特征在于，所述設(shè)計(jì)方法包括以下步驟， 步驟I):確定圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度H，測(cè)量圓腔消聲器主體中噪聲聲波波速及噪聲中心頻率，按照表達(dá)式⑤確定圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度H
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟I)中，利用波動(dòng)方程得到圓腔消聲器主體中噪聲聲波傳播時(shí)的壓力P表達(dá)式①，然后根據(jù)邊界連接條件②和③得到圓腔消聲器的消聲量Lnk的表達(dá)式④，通過(guò)消聲量Lnk的最大值得出圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度H的表達(dá)式⑤，具體為: (a)噪聲聲波傳播壓力表達(dá)式:
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟2)中，通過(guò)如下方式確定圓腔消聲器主體的直徑D的表達(dá)式⑧，具體為: Cd)圓腔消聲器主體的斷面為圓柱面，則經(jīng)此圓柱面的流量Q為: Q=2πrzV ⑥ 其中，r為消聲器主體的設(shè)計(jì)內(nèi)半徑；z為消聲器主體的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度；V為消聲器主體斷面處的氣體流速。
Ce)確定消聲器主體斷面處的氣體流速V V = Inrzak— ⑦ dr 其中，dz為消聲器主體設(shè)計(jì)長(zhǎng)度微分；dr為消聲器主體設(shè)計(jì)半徑微分。
Cf)將表達(dá)式⑤和⑥代入表達(dá)式⑦，得到圓腔消聲器主體的直徑D的表達(dá)式⑧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)步驟I)和步驟2)確定的圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度H和直徑D為最優(yōu)理論值，實(shí)際加工制作消聲器時(shí)，可以在小于5%工程誤差的前提下，對(duì)上述最優(yōu)理論值按照四舍五入的方式進(jìn)行取值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)消聲器所處環(huán)境類別來(lái)設(shè)定降噪量AdB。
6.一種圓腔消聲器，包括排煙/排風(fēng)入口管、圓腔消聲器主體和排煙/排風(fēng)出口管，所述圓腔消聲器主體一端與排煙/排風(fēng)入口管連接，另一端與排煙/排風(fēng)出口管連接，其特征在于，所述圓腔消聲器主體的長(zhǎng)度H的及直徑D按照權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的圓腔消聲器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行取值。
全文摘要
本發(fā)明涉及圓腔消聲器理論與設(shè)計(jì)方法，屬于分布式能源降噪領(lǐng)域。本發(fā)明利用煙道氣體流量、漏風(fēng)系數(shù)、柯西系數(shù)及降噪量之間的關(guān)系，通過(guò)流體動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，得出了圓腔消聲器的合理設(shè)計(jì)尺寸。本發(fā)明在低頻階段的降噪量大于等于10dB，當(dāng)頻率大于1000Hz時(shí)，降噪量高達(dá)34dB。特別是適用于不同中心頻率的噪聲控制及較大消聲的設(shè)計(jì)，此方法更加合理。同時(shí)，此方法不僅僅局限于圓腔消聲器，也適用于鍋爐排煙出口消聲器的設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)F01N13/00GK103161555SQ20131009285
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者李和平, 邱兆國(guó), 宋洪濤, 和彬彬, 徐靜靜, 宿建峰, 趙長(zhǎng)福 申請(qǐng)人:華電分布式能源工程技術(shù)有限公司, 中國(guó)華電工程(集團(tuán))有限公司