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高壓放空排氣噪聲及控制

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(jí)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(dòng)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(gè)區(qū)域叫直流區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，存在著一個(gè)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(gè)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(dòng)，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(gè)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(duì)于阻塞噴注，試驗(yàn)證明，氣室壓力超過臨界條件繼續(xù)增加時(shí)，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(yàn)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(jí) L為：
    LP=80+20lg(P1-PO)/(P1-0.5PO)PO+20lgD dBA (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(jì)結(jié)構(gòu)分，排氣放空消聲器可分為四大類。
    1． 擴(kuò)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(gè)大壓降，分散到若十個(gè)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(dòng)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(jí)），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(jí)），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(gè)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。