---

, (14)

где 1 м/с.

Рисунок 10 - Зависимость октавных уровней звуковой мощности , потокового шума

от частоты при нормальных атмосферных условиях для канального глушителя с площадью

наименьшего поперечного сечения 0,5 м , максимальным поперечным сечением

канала 1 м при различных скоростях потока

Примечание - Для глушителей других типов, в частности резонаторных, может быть больше в определенных частотных полосах. Однако какую-либо общую информацию о значениях и дать нельзя.

6.1.3 Диссипативные глушители с изгибами

Изгибы встречаются на всасывающих (например, поглощающих дисковых затворах, см. рисунок 11) или выпускных отверстиях, а также на поворотах трассы длинных канальных систем. На низких частотах, когда диаметр поперечного сечения мал по сравнению с длиной волны звука, изгибы в канале (как и эластичные трубчатые глушители) не влияют на передачу звука. На высоких частотах длина волны меньше ширины канала, и звуковой луч, падая при распространении на поглощающую облицовку, сильно ослабляется.

Рисунок 11 - Всасывающее отверстие глушителя с поглощающим экраном

Примечание - По сути, ослабление звука изгибами может быть определено как дополнительное ослабление, наблюдаемое в изогнутых каналах глушителей по сравнению с прямыми. Тем не менее, в настоящее время нет стандартных методик измерения ослабления данного вида. На практике влияние облицовки может быть определено путем сравнения конструкций, имеющих жесткие стены, с конструкциями, включающими в себя поглощающие покрытия.

Действие дисковых затворов может быть описано с помощью равенства (7). Отношение не изменяется вдоль радиального пути распространения звука. Эффективная длина определяется радиусом диска. Поскольку размеры затворов обычно малы, подавление образования луча не столь важно. Конец канала образует закругленную воронку, позволяющую уменьшить относительно высокие потери давления.

При наличии углов необходимо отчетливо различать обтекаемые каналы (каналы с аэродинамическими формами) и обычные вентиляционные трубы. В обтекаемых каналах применяют звукопоглощающие направляющие стабилизаторы (крылья), которые занимают немного места, но могут иметь существенное действие на высоких частотах. В обычных вентиляционных каналах применяют облицовку стен вблизи угла. Если стены имеют выступы, сравнимые по размерам с длиной волны звука, то большая часть звука будет рассеяна и значительно ослаблена. На рисунке 12 показан пример определения потерь при прохождении для поворота (изгиба) канала при наличии или отсутствии звукоизолирующего покрытия.

Рисунок 12 - Зависимость потерь при прохождении от частоты для поворота (изгиба)

канала при различных способах размещения звукопоглощающей облицовки стенок

(вентиляционная шахта подземного туннеля)

6.2 Реактивные глушители

6.2.1 Резонаторные глушители

6.2.1.1 Общие положения

Как для облицовки каналов, так и при изготовлении звукопоглощающих пластин применяют ослабляющие звук элементы в форме поглотителей или резонаторов. В специальных приложениях полезно объединять оба вида элементов.

На рисунке 13 изображены резонаторы следующих типов:

а - звукопоглощающий слой с низким сопротивлением продуванию на жесткой подложке с поперечными секциями, представляющими собой четвертьволновый резонатор;

b - аналогичное устройство со слабоперфорированной отверстиями или щелями плоскостью для создания эффекта "бутылочного горла" на пути воздушного звука (резонатор Гельмгольца);

с - аналогично секционированная облицовка со стенками из звукопоглощающего материала или без поглотителя;

d - аналогичное устройство, облицованное легкой пленкой (фольгой) или пластинами.

1 - резистивный слой; 2 - перфорированная пластина или пластина

со щелями; 3 - звукопоглощающий слой; 4 - пленка (фольга)

или пластина; 5 - твердая подложка или плоскость симметрии

Рисунок 13 - Типы резонаторных облицовок (схематично)

На практике применяют сочетания резонаторов Гельмгольца и пластинчатых резонаторов, которые не требуют никаких поглощающих материалов [4].

6.2.1.2 Четвертьволновые резонаторы

Частоту четвертьволнового резонанса , Гц, определяют формулой

, (15)

где - скорость звука, м/с;

- эффективная толщина облицовки, м.

Для примера на рисунке 18 показаны многозвенные четвертьволновые резонаторы. Ширина боковых ответвлений, которые могут быть ориентированы перпендикулярно или наклонно к плоскости покрытия, должна быть меньше (предпочтительно меньше ) в направлении распространения звука. Звукопоглощающий материал (в случае применения) должен быть защищен от загрязнения и абразивного истирания, вызываемых потоком. Четвертьволновые резонаторы эффективны также на нечетных гармониках собственной частоты , если ширина камеры достаточно мала.

6.2.1.3 Резонаторы Гельмгольца

Собственную частоту резонатора Гельмгольца определяют по формуле

, (16)

где - доля открытой части площади пластины покрытия;

- толщина пластины, м;

- концевая поправка к отверстиям;

и - те же, что в формуле (15).

График зависимости (16) показан на рисунке 14. Концевая поправка зависит от диаметра отверстий и их относительного положения, а также от скорости проходящего потока, которая должна превышать 15 м/с.

Рисунок 14 - Зависимость резонансной частоты резонатора Гельмгольца от доли

открытой части площади перфорированной пластины покрытия (толщина 1 мм, диаметр

отверстий 5 мм) перед разделенной на секции облицовкой глубиной ( 340 м/с)

Примечание - При одной и той же глубине резонатор Гельмгольца всегда настроен на более низкую частоту и функционирует в более узкой полосе частот, чем аналогичный четвертьволновый резонатор. Демпфирование камеры не приводит к значительным изменениям ширины полосы. Для сравнения пористый материал, используемый в качестве покрытия, действует как эффективный демпфер, но чувствителен к загрязнению.

6.2.1.4 Пластинчатые или пленочные резонаторы

Для вычисления резонансной частоты пластинчатого или пленочного резонатора следует заменить в формуле (16) на :

, (17)

где ,

- плотность газа, кг/м ;

- поверхностная плотность пластины или пленки, кг/м ;

и - те же, что в формуле (15).

Для воздуха при нормальных атмосферных условиях 60 кг Гц/м . График зависимости (17) показан на рисунке 15. Подходящим выбором материалов и конструкции резонатора можно избежать осаждения отложений и предотвратить их совместную вибрацию с покрытием, которое становится чувствительным к разрушению. Применяют специальную металлическую или пластиковую фольгу. При использовании тонкой фольги существует опасность возбуждения потоком флаттерного шума.

Рисунок 15 - Зависимость резонансной частоты пластинчатого или пленочного резонатора

от поверхностной плотности массы податливой пластины перед разделенной на секции

облицовкой глубиной ( 340 м/с, 1,2 кг/м )

На высоких частотах вибрационные характеристики покрытия используют для формирования акустически мягких стенок в дополнительных частотных полосах. Ослабления в широкой полосе частот с большей надежностью достигают размещением различно настроенных резонаторов вдоль канала. Расстояние между группами резонаторов должно быть не менее одной четверти наибольшей длины волны, для того чтобы избежать нежелательного взаимодействия между ними. Такое же правило применяют для различных сторон каналов. Поскольку резонаторы наиболее эффективны в частотных областях, где ширина воздуховодов между облицовками меньше, чем половина длины волны, различно настроенные резонаторы не следует применять для противоположных стенок.

Для резонаторов всех типов собственная частота зависит от температуры вследствие зависимости от температуры скорости звука :

, (18)

где - абсолютная температура, К;

- температура окружающей среды, К;

- скорость звука при температуре , м/с.

Для того чтобы настроить резонатор на заданную собственную частоту при повышенной температуре , необходимо увеличить его размеры пропорционально множителю по сравнению с размерами, соответствующими температуре окружающей среды.

6.2.2 Отражательные глушители

6.2.2.1 Общие положения

Отражательные глушители обычно проектируют для ослабления основных мод в каналах ниже частоты возникновения мод наивысших порядков, т.е. для относительно узких каналов. В более широких каналах распространение наивысших мод может быть предотвращено применением жестких аксиальных перегородок канала (так называемых модовых или модальных фильтров). Часть падающего звука будет отражаться. Этот эффект в настоящее время практически не используют.

Отражательные глушители могут состоять из:

- простых расширений или сужений;

- корпуса, содержащего многочисленные взаимосвязанные расширительные камеры;

- ответвляющихся каналов;

- пластин реактивного типа.

Следует отличать отражательные глушители для стационарных установок от глушителей для автомобилей и другого мобильного оборудования.

Выбирая глушитель для стационарного оборудования, прежде всего следует уделить особое внимание возможности достижения необходимой механической прочности простыми конструкционными мерами. В глушителях для магистралей давления корпус проектируют как баллон высокого давления. Излучение звука корпусом подавляют применением подходящих тяжелых или жестких круглых поперечных сечений.

Отражательные глушители для автомобилей проектируют с учетом ограничений по массе и поперечным размерам. Как следствие, легкие корпуса изготовляют с овальными или некруглыми поперечными сечениями. Излучение звука такими корпусами должно быть подавлено специальными мерами, например применением конструкций из двух оболочек с поглощающим слоем между ними, использованием жестких переборок в качестве стенок камеры, применением специальных ребер для обеспечения прочности.

Все поперечные, а часто и осевые размеры арматуры являются малыми по сравнению с длиной волны подлежащего ослаблению низкочастотного звука. При настройке элементов глушителя следует учитывать повышенные температуры в выпускном газовом потоке двигателей внутреннего сгорания и магистралей высокого давления. Нелинейность (ударные волны) и потоковый шум являются решающими факторами при ослаблении высокочастотного звука.

В отсутствие потока и при высоких уровнях звука может быть получено хорошее согласование между расчетными характеристиками канала и результатами при лабораторных испытаниях с использованием громкоговорителей [5]. Однако на практике влияние потока очень важно. Поток вызывает затухание звука в перфорированных трубах и расширительных камерах (см. рисунок 16). Настройка резонаторов нарушается, и их затухание увеличивается или уменьшается в зависимости от направления потока.

Рисунок 16 - Зависимость вносимых потерь от частоты для однокамерного отражательного

глушителя для различных скоростей потока в направлении распространения звука

6.2.2.2 Расширения и расширительные камеры

Если диаметр поперечного сечения на выходе глушителя мал по сравнению с длиной волны , то звук отражается от открытого конца обратно в направлении источника звука. В этом случае отражение будет сильнее и, следовательно, звук, излученный наружу, будет слабее, чем при большом диаметре, а также будет больше телесный угол излучения . Для увеличения отраженных потерь на выходе площадь должна быть как можно меньше и выпускное отверстие должно быть (что предпочтительно) расположено как можно дальше от стены ( ), а не в стене ( ), на ребре ( ) и в углу ( ), см. равенство (19):

, (19)

где - скорость звука, м/с;

- частота, Гц;

- телесный угол излучения, ср;

- площадь выпускного отверстия, м .

Поток, выходя из канала в открытое или замкнутое пространство, будет регенерировать звук, если в выходном отверстии заметно падает давление. Для того, чтобы в критических случаях сохранить регенерацию звука на малом уровне, выходное отверстие должно иметь по возможности большую площадь и быть свободным от препятствий.

Примечание - Когда линейные размеры расширительной камеры в любом направлении малы по сравнению с длиной волны звука, ее объем по отношению к открытой области является "газовой пружиной" заключенного в этом объеме газа. Чем больше объем, тем мягче пружина. Такой элемент имеет характеристику высокочастотного полосового фильтра.

Когда линейные размеры расширительной камеры в любом направлении велики по сравнению с длиной волны звука, создается диффузное звуковое поле, которое обеспечивает акустическую развязку (уменьшает взаимное влияние) различных отверстий. Многократные отражения можно использовать для обеспечения заметного ослабления даже в случае слабого поглощения в камере.

6.2.2.3 Сужения