CN215807105U - 一种可调频*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种可调频***，具体涉及消声降噪技术领域，包括螺旋型声学超材料、四分之一波长管、密封件和噪声管道，其中四分之一波长管一端与噪声管道的侧部连接，密封件与四分之一波长管另一端活动连，且螺旋型声学超材料设于四分之一波长管内，螺旋型声学超材料与四分之一波长管之间可拆合式连接。本实用新型可用于抑制管路噪声的消声装置，实现了噪声管路中任意频线的消声，并具有较高的消声量。
Description
技术领域
本实用新型属于消声降噪技术领域，具体涉及一种可调频***。
背景技术
1/4波长管具有良好消声潜力，在其固有频率附近具有很高的消声量级，为了将这种消声潜力拓宽到不同频线，应用到不同频率的噪声问题上，在降噪领域具有更好的适应性和良好的应用前景。但1/4波长管的消声频线过于单一，在***螺旋型声学超材料之后可拓宽消声频率范围，使耦合结构具有更多频线的消声效果，螺旋型声学超材料将四分之一波长管的共振频率调谐为多个消声频率，产生的消声频率向低频域偏移，同时频率范围也随之增大，因此能够在有限的尺寸空间内消除更多种类的噪声；
申请号为CN201921012748.8的专利，公开了一种四分之一波长管，主管上设置有与套接结构相连通的主管开口，在套接结构内设置有两个四分之一波长管，分别为四分之一波长管一和内径小于四分之一波长管一的四分之一波长管二，在四分之一波长管二上设置有四分之一波长管二开口，四分之一波长管二的敞口端与套接结构固定连接，四分之一波长管二的封闭端***四分之一波长管一的内部，采用两个四分之一波长管增加了四分之一波长管横截面积与主管横截面积之比，增大了传递损失，提升了消声性能；但此类消声装置仍由待进一步改进。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种可调频***，可用于抑制管路噪声的消声装置，实现了噪声管路中任意频线的消声，并具有较高的消声量。
本实用新型提供了如下的技术方案：
一种可调频***，包括螺旋型声学超材料、四分之一波长管、密封件和噪声管道，其中四分之一波长管一端与噪声管道的侧部连接，密封件与四分之一波长管另一端活动连，且螺旋型声学超材料设于四分之一波长管内，螺旋型声学超材料与四分之一波长管之间可拆合式连接。
优选的，密封件采用螺纹堵头，螺纹堵头与四分之一波长管通过螺纹连接。
优选的，四分之一波长管的中轴线与噪声管道的中轴线之间相互垂直。
优选的，四分之一波长管长度为
其中L为四分之一波长管的长度，c为声速，f为四分之一波长管***的消声频率。
优选的，螺旋型声学超材料为螺旋型叶片构成，螺旋型声学超材料与四分之一波长管通过螺纹连接。
优选的，螺旋型声学超材料的叶片螺距为：螺旋型结构轴心为中心，以叶片***上一点至轴心之间为半径，沿叶片表面绕一周所移动的轴向距离即为叶片螺距。
优选的，螺旋型声学超材料的叶片包角为叶片背面从进口边缘到出口边缘绕轴所转过的角度。
优选的，螺旋型声学超材料的叶片倾角为轴面与叶片表面的交线与叶轮轴线夹角的余角；在叶片背面一侧时为正，在叶片正面一侧时为负。
优选的，螺旋型声学超材料的叶片厚度为叶片表面上任一点到叶片另一面的最短距离。
优选的，螺旋型声学超材料的叶片宽度为叶片沿轴向最大半径与最小半径之差。
优选的，针对噪声频率进行更换不同叶片结构参数的螺旋型声学超材料。
优选的，本实用新型应用在不同类型的管道噪声控制领域。
本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型的消声装置结构简单紧凑，可调消声范围广；
(2)本实用新型具有多个消声峰值频率，更换螺旋型声学超材料内芯方；
(3)操作简便。本实用新型通过多个耦合结构单元并联，能够在有限的占用空间条件下充分解决管道中的不同频线的噪声问题。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型剖视图；
图3为本实用新型消声单元结构内部空气域的网格划分示意图；
图4为消声装置传递损失仿真结果图；
图5为25个消声单元并联结构内部空气域的网格划分示意图
图6为为25个消声单元并联消声装置传递损失仿真结果图。
附图标记：
1、噪声管道；2、四分之一波长管；3、密封件；4、螺旋型声学超材料；
具体实施方式
如图1至图2所示，一种可调频***，包括螺旋型声学超材料4、四分之一波长管2、密封件2和噪声管道1，其中四分之一波长管2一端与噪声管道 1的侧部连接，密封件2与四分之一波长管2另一端活动连，且螺旋型声学超材料4设于四分之一波长管2内，螺旋型声学超材料4与四分之一波长管2之间可拆合式连接，可更换内芯用于管道内不同频率的噪声降噪；
开口式四分之一波长管2的截面面积与噪声管道1截面面积的比值m≤1，需要根据安装空间的大小确定开口式四分之一波长的截面面积，保证四分之一波长管2的降噪效果，在安装空间允许的范围内取最大值；开口式四分之一波长管2长度：
式中，L为四分之一波长管2的长度，c为声速，f 为四分之一波长管2***的消声频率。
本实用新型实施例中，所述四分之一波长管2与噪声管路固定连接或者用螺纹连接，螺旋型声学超材料4内芯以螺纹连接方式旋入波长管，外形规整，结构紧凑，便于安装；
四分之一波长管2安装在噪声管道1一侧，不仅能够消除噪声管路排气时产生的噪音，而且能够对管中气流的压力损失没有影响。
所述螺旋型声学超材料4结构包括螺纹堵头和螺旋型声学超材料4，两者可以是一体形成的，也可以是分开形成再拼接固定。所述螺旋型声学超材料4 根据噪声频率结合声学仿真软件进行尺寸校正。螺旋型声学超材料4的叶片螺距、线数、包角、倾角、厚度和宽度等结构参数共同影响消声效果，线数越多，***的消声频线也越多，但消声量也随之下降。为了保证消声量不变，可以将多个消声单元并联与管道一侧，即将多个四分之一波长管2安装在噪声管道 1一侧，但占用双倍的空间。此外，在引入多个开口式四分之一波长管2后，分别***不同类型尺寸的螺旋型声学超材料4内芯，能够实现更多频线的噪声抑制，适应于复杂噪声管路的噪声控制。在实际应用过程中，要综合考虑，选择合适的螺旋型声学超材料4内芯和并联单元数，从而达到理想的消声效果。
本实用新型的***结构安装于的噪声管道1一侧，气体无障碍经过***结构，入射声波从主管道(噪声管道1)进入旁支管道(四分之一波长管2) 后，当到达1/4波长管的封闭端面时，会发生声波的反射。入射声波经过1/4波长管的反射后回到主管道，某些频率下的反射声波将与主管道内相同频率的入射声波相位相反，相互叠加的声波由于相互抵消而达到消声的效果。在***四分之波长管后，大大地延长了声波波长，从而将原四分之一波长管2的消声频率重新分配，在低频域和高频域产生新的消声频率，与***消声频率相同的噪声频率反射回上游管道，从而气体排出时的噪音被消除。
本实用新型实施例通过有限元仿真软件COMSOL Muitiphysics 5.6a对本实用新型的消声装置声学性能进行仿真分析，验证消声装置的控制降噪效果。请参阅图3，为消声单元结构内部空气域的网格划分示意图。流体域的介质为空气，设置空气域进口和出口，利用软件中的声学模块计算模型的传递损失。请参阅图4，为消声装置传递损失仿真结果图，此时的线数为5，内圈直径为5mm，螺旋型声学超材料4的高度为100mm，在中低频范围具有5个消声频率： 389Hz、1153Hz、1878Hz、2536Hz和3082Hz。该消声频率均具有可调谐性能，可通过改变结构参数结合声学仿真软件进行频率校正。
请参阅图5，为25个消声单元并联结构内部空气域的网格划分示意图，内圈直径为5mm，外径为35mm，线数由3梯度增加到15，步长为0.5，即螺距由3.33mm梯度增至6.67mm。请参阅图6，为25个消声单元并联消声装置传递损失仿真结果图，在100Hz～3500Hz频率范围，在不同频率下的消声效果较好，同时在这个频段内的频率均可调谐，设计者可依据噪声管路频谱特性按需设计，以满足工程应用。
1/4波长管具有良好消声潜力，在其固有频率附近具有很高的消声量级，为了将这种消声潜力拓宽到不同频线，应用到不同频率的噪声问题上，设计了一种新型的1/4波长管与螺旋型声学超材料耦合的可调频***，通过改变螺旋型声学超材料的结构参数，能够针对噪声管道中不同频线的噪声进行精准定位消声，在降噪领域具有更好的适应性和良好的应用前景。
1/4波长管为安装在主管道上的一个封闭旁支管，入射声波从主管道进入旁支管道后，当到达1/4波长管的封闭端面时，会发生声波的反射。入射声波经过1/4波长管的反射后回到主管道，某些频率下的反射声波将与主管道内相同频率的入射声波相位相反，相互叠加的声波由于相互抵消而达到消声的效果。即使相邻频率段入射声波与反射声波虽然不能完全地抵消，但也将对声波起到一定的削弱作用。在汽车进气***的管道上广泛应用1/4波长管对特定频段噪声峰值进行削弱。1/4波长管因其简单的结构和良好的消声性能，为许多工程领域提供了理想的解决方案。
以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种可调频***，其特征在于：包括螺旋型声学超材料、若干四分之一波长管、密封件和噪声管道，其中四分之一波长管一端与噪声管道的侧部连接，密封件与四分之一波长管另一端活动连，且螺旋型声学超材料设于四分之一波长管内，螺旋型声学超材料与四分之一波长管之间可拆合式连接。
2.根据权利要求1所述的一种可调频***，其特征在于：密封件采用螺纹堵头，螺纹堵头与四分之一波长管通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种可调频***，其特征在于：四分之一波长管的中轴线与噪声管道的中轴线之间相互垂直。
4.根据权利要求1所述的一种可调频***，其特征在于：四分之一波长管长度为
其中L为四分之一波长管的长度，c为声速，f为四分之一波长管***的消声频率。
5.根据权利要求4所述的一种可调频***，其特征在于：螺旋型声学超材料为螺旋型叶片构成，螺旋型声学超材料与四分之一波长管通过螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的一种可调频***，其特征在于：螺旋型声学超材料的叶片螺距为3.33毫米至20毫米，螺距为螺旋型结构轴心为中心，以叶片***上一点至轴心之间为半径，沿叶片表面绕一周所移动的轴向距离即为叶片螺距。
7.根据权利要求1所述的一种可调频***，其特征在于：螺旋型声学超材料的叶片包角为360度，叶片包角为叶片背面从进口边缘到出口边缘绕轴所转过的角度。
8.根据权利要求1所述的一种可调频***，其特征在于：螺旋型声学超材料的叶片倾角为20度至120度，叶片倾角为轴面与叶片表面的交线与叶轮轴线夹角的余角；在叶片背面一侧时为正，在叶片正面一侧时为负。
9.根据权利要求1所述的一种可调频***，其特征在于：螺旋型声学超材料的叶片厚度为1毫米，叶片厚度为叶片表面上任一点到叶片另一面的最短距离；螺旋型声学超材料的叶片宽度为10至16毫米，叶片宽度为叶片沿轴向最大半径与最小半径之差。
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Cited By (1)
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| CN115654254A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-01-31 | 哈尔滨工程大学 | 碟形弹簧式超材料低频隔振管路及基于管路的连接*** |
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2021
- 2021-07-21 CN CN202121663707.2U patent/CN215807105U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN115654254A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-01-31 | 哈尔滨工程大学 | 碟形弹簧式超材料低频隔振管路及基于管路的连接*** |
| CN115654254B (zh) * | 2022-11-10 | 2023-08-18 | 哈尔滨工程大学 | 碟形弹簧式超材料低频隔振管路及基于管路的连接*** |
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