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小孔喷注复合式消声器综合性能分析和优化第一章绪论课题研究背景和意义空气压缩动力发动机的崛起对传统的燃油发动机发起挑战,其结构简单、安全、经济和清洁的优点,证明了它的商用价值和实用性。
空气压缩动力发动机,以压缩空气为动力,其特点能量转换效率相对高、消耗成本相对低;其缺陷在于自身储能密度的限制,其升功率有限,不能达到传统内燃机的水平。
引入混合动力,既可以有效利用柴油机废热,又可以提高高压气体可用能的利用效率。
压缩空气/燃油混合动力发动机在压缩空气动力和内燃机两种模式下运转。
发动机在低负荷或低速时采用压缩空气动力模式,充分发挥气动发动机低速大扭矩和零污染的特点;在负荷较大或速度较高时采用内燃机模式。
传统抗性排气消声器在结构上大都采用扩张室、内插管、穿孔管、穿孔板等元件的组合。
传统抗性排气消声器对低频噪声消声性能较差,且气流在通过腔室以及穿孔板或穿孔管时局部受阻,排气阻力大,发动机功率损耗严重。
压缩空气动力所需要的储存压力达到数百个大气压,工作压力为几十个大气压,排气压力也达到几十个大气,发动机对排气消声器的要求更高,传统的消声器已不能有效承受这么大压力;同时由于混合动力发动机的两种工作模式,使得排气噪声覆盖的噪声频段变宽,加大了整体排气消声的难度。
因此研究能有效降低混合动力发动机排气噪声,且声学性能好、排气阻力低的高效节能消声器显得非常必要。
基于混合动力发动机排气压力波动大、噪声频带宽、低频噪声峰值突出的特点,根据进排气噪声频谱的分布情况将不同消声元件组合起来,产生新型复合式消声器。
但是消声器结构越复杂,压力损失越大,加工成本、难度越高,所以要在掌握基本消声单元的消声特性和和空气动力性能的计算和分析方法上,根据进排气噪声的频谱特性,选择合适的复合式消声结构。
通过文献查阅和前人研究,发现小孔喷注结构元件和扩张室的复合式最符合论文研究要求,利用小孔喷注的移频作用、扩张室抑制低频峰值及多级串接加宽频可以实现混合动力发动机排气噪声控制。
柴油发电机组噪声分析与治理技术标准一、概述柴油发电机组运行时，通常会产生95-125dB(A)的噪声，假设没有实行必要的降噪措施，机组运行的噪声，将对四周环境造成严峻损害。
为了保护和改善环境质量，必需对噪声进展掌握。
国家标准GB12348-90 和GB12349-90 对环境噪声的要求是：二类标准〔适用于居住、商业、工业混杂区及商业中心区〕昼间60dB(A)、夜间50dB(A)；三类标准〔适用于工业区〕昼间65dB(A)、夜间55dB(A)。
通常按昼间60dB(A)的标准进展低噪声工程设计。
长沙滨城信息技术通过承受高效吸音材料，用先进生产工艺工业化生产的降噪消声装置对进、排风通道和排气系统进展降噪处理，确保机组在满足通风条件，不降低机组输出功率的前提下，完全满足国家标准对环境噪声的要求。
公司在多年的设计施工实践中形成了独具一格的低噪声工程设计规范。
二、适用范围本标准规定了柴油发电机组噪声处理工程的设计、施工、验收以及运行治理的技术要求，可作为环境影响评价、可行性争论、设计施工、环境保护验收及建成后运行与治理的技术依据。
技术标准引用文件〔1〕环境保护有关法律法规〔2〕《声环境质量标准》〔GB33096-2023〕〔3〕《工业企业厂界环境噪音排放标准》〔GB12348-2023〕三、噪声源分析柴油发电机组运行时，噪声主要包括发动机的排气噪声、进气噪声、燃烧噪声、连杆及活塞、齿轮等运动件在工作时的往复高速运动和撞击而产生的机械噪声、冷却水排风扇气流噪声。
〔一〕排气噪声柴油发电机组的排气噪声是机组的最主要的噪声源。
其噪声值高达100dB-125 dB〔A〕，并通过排烟口直接污染四周环境。
排气噪声是由气体受气缸活塞运动时产生的周期性脉动噪声和高速气流经排气口喷出后形成的喷注噪声复合而成。
前者具有明显的低频特性，中、高频也到达相当程度；后者具有连续宽频带频谱特性，其噪声级比前者大得多。
排气噪声值随柴油机功率和转速的增加而提高，而随转速的增值更大。
收稿日期：2015-06-19网络出版时间：2016-1-1914:55基金项目：国家部委基金资助项目作者简介：王春旭（通信作者），男，1981年生，博士，高级工程师。
研究方向：潜艇声隐身技术。
E-mail ：260848719@吴崇建，男，1960年生，博士，研究员。
研究方向：潜艇声隐身技术引用格式：王春旭，吴崇建，陈乐佳，等.流致噪声机理及预报方法研究综述［J ］.中国舰船研究，2016，11（1）：57-71.WANG Chunxu ，WU Chongjian ，CHEN Lejia ，et al.A comprehensive review on the mechanism of flow-induced noise and related prediction methods ［J ］.Chinese Journal of Ship Research ，2016，11（1）：57-71.0引言流致噪声在航海、航空领域受到高度的关注，它不仅造成飞机、直升机舱室乘员感观和心理上的不适，还严重影响水下作战平台（如潜艇）的隐蔽性。
基于广泛的工程背景需要，自上世纪40年代末，流致噪声机理、预报与控制方法的研究非常活跃，并取得了丰硕的成果，很多流致噪声问题机流致噪声机理及预报方法研究综述王春旭，吴崇建，陈乐佳，邱昌林，熊济时中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064摘要：从自由湍流噪声、壁面湍流噪声、转子噪声和空腔流动4个方面对流致噪声机理及预报方法进行综述。
对目前工程应用中的3个主要流致噪声预报方法，即Lighthill 声比拟理论、Kirchhoff 方法和涡声理论的基本原理及适用性进行详细讨论，并对流致噪声数值模拟方法进行总结。
其中，Lighthill 声比拟理论属噪声源先验理论，虽方便应用但不能描述声流相互作用基础问题；Kirchhoff 方法在运用的过程中虽不需要确切获知源的属性，但声源区的计算精度很重要；涡声理论在声流相互作用等领域有着良好的研究前景。
消音器设计计算书由于我国目前对消音器的设计，还没有统一的标准规范可以遵照执行，大多数厂家均根据自己的经验来设计制作，且技术又相对保密的。
因此本消音器的设计，经查阅大量资料，采用科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，采用节流降压与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难题。
消音器的工艺参数为：蒸汽排放绝对压力：40 kg/ cm2，排汽温度：390℃，蒸汽比容ρ：0.0721m3/ kg，排汽流量Q：8t/h；噪声达到110dB以上，要求消音器的噪声小于85dB的环保要求。
一、设计原理。
复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压，预先消耗部分声能，再dB与小孔降噪相结合，达到较高的消声量；其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理，通过适当结构复合而成的。
1. 小孔喷注消音器小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它的干扰噪声减少，由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，若喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达到mm级），实验表明，当孔径≤4mm时具有移频作用，喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围（听觉最敏感的区域250~5000赫兹）；根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替，便能达到降低可听声的目的。
从实用角度考虑，孔径不能选得过小，因为过小的孔径不仅难于加工，同时易于堵塞，影响排汽。
一般选用直径1~3mm的小孔为宜。
2.节流降压消音器节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。
根据排汽流量的大小，适当设计通流截面，使高压气体通过节流孔板时，压力都能最大限度地降低到临界值。
这样通过多级节流孔板串联，就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。
由于排汽噪声功率与压力降的高次方成正比例，所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空，这样能使消音器内流速控制在临界流速下，不致产生激波噪声，压力在最大限度地降到临界值，使消音器获得较好的消声效果。
小孔喷注型消声器的声学结构和机理特点及在吸声【关键词】小孔喷注阻抗复合型吸声消声喷阻岩棉一、前言中国科学院声学所的马大猷教授等学者，通过理论和实验研究，提出了小孔喷注控制噪声理论，其原理是将一个大的喷口，在保持相同排气量的前提下，改为许多小孔来代替，而小孔将高频声移到人耳不敏感的超声范围，从而达到降噪的目的。
小孔喷注消声器的消声量为［2］式中xA阻塞情况0、165D／DOD喷口直径(mm)，DO＝1mm。
当D≤1mm时，xA1，经变换可得［5］ΔL＝27、5－30lgD由此可见，在小孔范围内，孔径减半，可使消声量提高9dB，考虑到加工小孔的难易程度，一般选直径较小的小孔较为适宜。
如果孔径太大，小孔的消声效果很差。
如果小孔间距较小，气流通过小孔后还会再汇合成大的喷注，从而使消声效果变差。
为此，小孔喷注时孔的中心距应取小孔的孔径倍(喷注前主压越高，孔中心距就要越大)，而孔中心距的最低值为式中d小孔直径。
为了使排气通畅，考虑到小孔的阻尼作用，建议将消声器的开孔通流面积设计为排气阀通流面积的多倍。
综上所述，对小孔喷注消声器来讲，要使其具有一定的降噪效果，又不影响气动装置的正常工作，消声器的孔径、孔距、孔数3个关键参数一定要把握好。
而调研中发现，很多工厂所用的消声器这3个关键参数总有部分不满足要求。
如图2所示为某厂所生产的空气分配阀用消声器，周向孔距为44、5mm，轴向孔距为13mm，孔数为48个。
孔径d＝2、3mm 在1～3mm之间；孔距b在周向与孔径d之比为b／d＝19、3，在轴向b／d＝5、6，因此，在轴向的孔距偏小一点；该空气分配阀的通径D＝15mm，按照前述的设计原则，小孔的总面积应为阀通流面积的多倍。
这样，经计算可知，图2所示的消声器会造成排气不通畅现象发生，而该消声器在实际使用中，确实存在排气不畅的问题，加之孔轴向间距偏小，孔径2、3mm偏大，造成实际降噪量只有7dB，这两方面缺点共同作用的结果，导致操作工人在实际中常常将其拆掉不用。
喷水推进器的噪声特性与控制方法研究引言：喷水推进器被广泛应用于许多领域，如船舶、潜艇和水下机器人等。
然而，喷水推进器的运行不可避免地会产生噪声，给水下环境和乘员带来不必要的干扰和危害。
为了解决这个问题，研究人员致力于探索喷水推进器的噪声特性以及开发相应的控制方法。
本文将讨论喷水推进器噪声的特点、对环境和人体的影响，并介绍几种常见的控制噪声的方法。
1. 喷水推进器噪声特性喷水推进器的噪声产生主要与以下几个因素有关：1.1 涡脱落噪声当喷水流体经过喷嘴时，会引起涡脱落现象，产生涡街噪声。
这种噪声的频率通常在200 Hz至20 kHz之间，对于特定频率区间的噪声可能会引起乘员的耳鸣和失聪等听觉问题。
1.2 水下辐射噪声喷水推进器产生的噪声会在水下环境中辐射传播。
这种噪声主要是由水流与水中的悬浮颗粒之间的相互作用引起的，其频率分布范围通常在1 Hz至10 kHz之间。
水下辐射噪声对海洋生物、声纳探测和水下通信等都可能产生负面影响。
2. 喷水推进器噪声对环境和人体的影响喷水推进器的噪声对水下环境和乘员都可能产生不良影响：2.1 环境影响喷水推进器的噪声会对海洋生态系统造成干扰，影响海洋生物的交流、迁徙和捕食行为。
特别是对于鱼类和海洋哺乳动物，噪声可能导致听觉系统受损、生殖行为受阻等。
2.2 人体影响长期暴露在喷水推进器噪声环境下的乘员可能会出现听力损失、听觉障碍和心理健康问题。
此外，过高的噪声水平还可能影响人员的工作效率和水下作业的安全性。
3. 喷水推进器噪声控制方法为了降低喷水推进器的噪声水平，可以采取以下几种控制方法：3.1 声学隔离使用声学材料对噪声源和周围环境进行隔离，减少噪声传播。
对于喷水推进器来说，可以在推进器周围安装吸声材料，如泡沫材料、吸声板等，以阻止噪声的传播。
3.2 结构改进通过对喷水推进器的结构进行优化设计，减少噪声的产生。
例如，通过改变喷嘴的形状和尺寸，优化水流的流动路径，可以减少涡脱落和涡街噪声的产生。
减少气流喷射噪音的方法
减少气流喷射噪音的方法有很多，以下是一些常用的方法：
1.增加消声器：在气流喷射的出口处增加消声器，可以有效降低噪音。
消声
器的工作原理是通过改变声波的传播路径，使声波在传播过程中被吸收或散射，从而减小声能。
2.加装整流罩：在气流喷射的出口处加装整流罩，可以减少气流对周围环境
的干扰，从而减少噪音。
整流罩的设计应尽量减少气流的扰动和碰撞，以提高降噪效果。
3.改变叶片角度：通过改变风扇或鼓风机叶片的角度，可以调整气流的方向
和速度，从而减少噪音。
合理设计叶片角度和布局，可以有效降低噪音。
4.隔声处理：对产生噪音的设备进行隔声处理，如加装隔音罩或隔音室，可
以有效隔绝噪音。
隔声材料的选择应根据具体情况而定，一般选用吸音材料或隔音板等。
5.减震处理：对产生噪音的设备进行减震处理，如增加减震垫或减震器等，
可以减少设备运转时的振动和碰撞，从而减少噪音。
6.优化气流设计：对气流管道进行优化设计，减小气流的扰动和碰撞，从而
减少噪音。
合理选择管道材料和布局，可以提高降噪效果。
上海交通大学硕士学位论文喷注噪声抑制技术研究姓名：黄磊申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：蒋伟康20090201喷注噪声抑制技术研究摘要喷注噪声是一种最常见的噪声，它是环境噪声污染的重要祸源。
随着现代工业技术的发展，在空气动力机械中，空气动力性噪声一般高于机械性噪声，而且影响范围广、危害大。
工业上大多数排气设备，诸如钢铁厂处理钢渣时用高压喷嘴吹渣，产生120分贝以上的强噪声，严重污染了车间的作业环境，影响作业人员的健康和工作效率。
因此，研究气流噪声的机理、特性，掌握它发生的规律，对抑制喷注噪声对人们的干扰和危害有重要的意义。
本文结合“马鞍山钢铁集团四钢厂风淬渣噪声治理”工程项目，以理论分析和总结前人经验为基础，采用计算仿真、试验研究、现场测试相结合的方法，对喷注噪声抑制技术展开研究，改进喷气装置。
本文内容主要包括四大部分：首先，通过总结喷注噪声的特性和机制，以及运用一系列经验公式对喷注噪声进行数值预测。
其次，从湍流声辐射的相关理论出发，对喷气器管道内流体湍动引起的湍流边界层噪声等进行机理性分析，再以流体力学为手段，以不同湍流模型为研究对象，进行比较，找出计算喷气噪声流场的最佳模型。
再次，以喷注噪声的流场分析为基础，运用流体力学手段，建立喷气器的计算模型，通过改变喷孔参数来计算分析压力场和速度场，并最终以实验来验证改进喷嘴的降噪性能。
最后，对新型喷嘴在钢铁工业中的应用进行说明。
针对生产工况下粒化钢渣时发出的强噪声进行分析研究，找出噪声源，并确定治理方案，通过现场测试对比新旧喷嘴在不同工况下噪声级的差别，验证新型喷嘴的降噪性能。
关键词：喷注噪声；喷嘴参数；湍流声辐射；流场分析；Research on Jet Noise ReductionABSTRACTJet noise is very common, and it is the most important source of environmental pollution. With the development of modern industry, aero dynamical noise is usually higher than the mechanical noise with wide range and heavy damage. Most exhausting equipment in industry such as high-pressure nozzle used in processing the steel slag will produce the strong noise of 120dB or above. This will seriously pollute the working environment of workshop and make negative effect on the health and work efficiency of workers. Therefore, to research the mechanism and character of the jet noise and to grasp the discipline is very meaningful to inhibit the interference and hazard of the noise.Combined with the project of noise reduction in Masteel, this thesis is base on the theoretical analysis and the former experience. Besides that, the thesis is focused on the research of technology in inhibiting the jet noise and improvement of the nozzle, by the means of computation simulation and experimental analysis.This thesis is composed of 4 main parts:Firstly, predicting the jet noise by concluding the character, mechanism and a series of experienced formula.Secondly, analyzing the turbulent noise caused by the flow turbulence from the turbulent sonic radiation theory; calculating the best model of jet flow by comparing different turbulent models by the means hydrodynamics.Thirdly, establishing the computation model of jet noise based on the jet flow analysis and hydrodynamics; improving the nozzle by changing the parameters of nozzle which results in the change of pressure and velocity flow; verifying the result by experiment.At last, elaborating the application of the new nozzle in industry; identifying the source of noise and making out the project; comparing the improved nozzle with the old nozzle to testify the function in noise reduction.Key words: Jet noise; Parameters of nozzle; Analysis of flow field; Turbulence sonic radiation主要符号说明c 声速/m s ρ 密度3/kg m E 杨氏弹性模量Gpa p 声压pa v 质点速度/m s λ 波长m M 马赫数f 频率Hz k 湍动能22/m s ε 耗散率23/m s W 声能dB()dB A A 计权声压级注：如正文对符号另有说明，则以正文为准上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：黄磊日期：2009年 2月 2日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
保密□，在年解密后适用本授权书。
本学位论文属于不保密□√。
（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：黄磊指导教师签名：蒋伟康日期：2009年 2月 2日日期：2009年 2月 2日第一章绪论1.1 课题的研究目的及意义空气动力性噪声是由气体的滚动或物体在气体中运动，引起空气的振动而产生的。
随着现代工业技术的发展，在空气动力机械中，空气动力性噪声一般高于机械性噪声，而且影响范围广、危害大。
喷注噪声是一种最常见的噪声，它是环境噪声污染的重要祸源。
工业上大多数排气设备，如锅炉和热机的排气放空，通风和风动设备的管道，阀门和排气口，以及飞机、火箭等的噪声都属于此类[1]。
由于发声量大，如钢铁厂处理钢渣时用高压喷嘴吹渣，产生120分贝以上的强噪声。
因此，研究气流噪声的机理、特性，掌握它发生的规律，并利用这些规律有效地控制它的发生，从而降低它对人及环境的干扰和危害。
本文结合“马鞍山钢铁集团四钢厂风淬渣噪声治理”工程项目，以理论分析和总结前人经验为基础，采用计算仿真、试验研究、现场测试相结合的方法，对喷注噪声抑制技术展开研究，改进喷气装置。
四钢厂的风淬水冷粒化工艺是钢渣处理的新工艺，具有很好的经济效益。
但是，该工艺产生110dB(A)以上的强噪声，严重污染了车间的作业环境，影响作业人员的健康和工作效率。
目前，渣池四周有钢板制成的简易围护，主要是为了范围钢渣飞溅，也可降低噪声5~7 dB(A)，对噪声控制的作用不大。
因此，该工位的噪声治理是十分必要的，也是治理该工艺污染的最主要目标。
1.2 气动声学的发展和研究现状自19世纪中叶英国科学家Rayleigh勋爵发表了集经典声学之大成的不朽名著《The Theory of Sound》之后，声学研究在19世纪末达到了高潮，其基本理论在20世纪初已经相当成熟，在进入二十世纪后，发展较少。
然而当二战结束后，喷气推进技术开始进入航空工业，强大的气流噪声成为喷气式发动机推广应用的严重障碍，当工程师们绞尽脑汁想各种办法企图降低气流噪声的时候，人们才猛然意识到：过去几百年间对流体发声认识的全部积累还远不足以处理这些具有巨大实际意义的问题。
从此，气动声学作为一门新兴学科开始成型。
“气动声学”一词被广泛用于描述流动和声相互作用的各类问题[2]。
作为气动力学和声学之间交叉性的分支学科，气动声学着重研究的是流动及其与物体作用导致噪声的机理。
1952年，英国科学家Lighthill在英国皇家学会会刊上发表了其著名的Lighthill方程和声拟理论，今天人们普遍把这项工作当作气动声学诞生的标志，Lighthill方程成为了研究气动声学的最基本的方程。
气动声学从此翻开了崭新的一页[3]。
Lighthill声拟理论是针对无界空间中的气流噪声而建立的，对于在固体边界不起主要作用的情况下，比如射流噪声问题，其理论是适用的。
但是很多实际问题中，比如湍流中静止物体的发声问题、运动物体的发声问题，固体边界的影响具有非常重要的意义。
1955年，Curle首先用基尔霍夫方法将Lighthill理论推广到考虑静止固体边界的影响，最后得到的结果是：固体边界的作用相当于在整个固体边界上分布偶极子源，且每点偶极子源的强度等于固体表面该点作用在流体上的力的大小。
