Файл: Хорошев Г.А. Шум судовых систем вентиляции и кондиционирования воздуха.pdf

шителей представляется целесообразным отрабатывать их ха­ рактеристики на масштабных моделях [72]. В процессе модель­ ных испытаний нескольких вариантов исполнения глушителя может быть определена его конструкция, обладающая требуемой частот­ ной характеристикой.

Разработка вопросов акустического моделирования глушите­ лей началась сравнительно недавно. Объясняется это тем, что «ли­ нейность уравнений акустики слишком часто давала физикам по­ вод думать, что эксперимент в акустике нужен лишь для проверки точности теоретических решений» [11]. Однако теория далеко не всегда может довести решение задач технической акустики до числовых значений, поэтому для нахождения таких решений за­ частую приходится прибегать к эксперименту.

Вопросы акустического моделирования глушителей рассмат­ ривались в работах [11, 72]. Полученные при этом решения были сформулированы лишь в общем плане, поэтому они требуют де­ тальной и конкретной разработки. Ниже приводится методика масштабного моделирования шахтных глушителей с облицовками из волокнистых материалов.

Для обеспечения идентичности частотных характеристик глу­ шителя и его модели необходимо [72]:

—выполнять модель геометрически подобной глушителю;

—соблюдать неизменность критерия гомохронности Но

Но = с///= idem,

где с — скорость звука; / — характерный размер; f — частота;

— иметь равные безразмерные импедансы £ в соответствующих точках внутренних поверхностей натурного и модельного глуши­ телей

£= Z/pc=idem

где Z — импеданс облицовки; р — плотность воздуха.

При моделировании глушителей наибольший практический ин­ терес представляет случай, когда в модели, так же как и в натур­ ном глушителе, рабочей средой является воздух. При этом рн=Рм и Сн=См, где индексы «н» и «м» характеризуют принадлежность величин соответственно к натурному и модельному объектам. Для этого случая имеем условие

где Мі = Ім/Ін — масштаб моделирования.

Удовлетворение этого условия во всем рабочем диапазоне сход­ ственных частот fм и /н является наиболее трудной задачей при моделировании глушителей.

Можно показать, что подобие характеристик звукопоглощения облицовок из пористых материалов определяется следующими критериями:

(212)

К

177

где оо, k0 и ho — соответственно удельное сопротивление, продува­ нию, структурная постоянная и пористость ма­ териала облицовки;

do — толщина облицовки;

К = Кт+іКі — комплексный модуль объемной упругости воз­ духа в порах материала облицовки;

Кг и Кг — соответственно вещественная и мнимая части модуля объемной упругости.

У волокнистых материалов kolho~l в широком диапазоне ча­ стот. Кроме того, К г ' Ж і и обе эти компоненты можно считать практически не зависящими от частоты величинами в представ­ ляющем интерес диапазоне сходственных частот [17]. Это позво­ ляет упростить условия (212) и свести их к следующим ра­ венствам, которые должны соблюдаться на сходственных частотах

/и И /м:

Как Ки так и а0 характеризуют потери звуковой энергии в слое волокнистого материала. Установлено [17], что имеется гранич­

На частотах, лежащих выше этой частоты, потери звуковой энергии определяются величиной Оо- В диапазоне же, расположен­ ном ниже частоты /гр, решающую роль играет Кі. Э т о позволяет определить области сходственных частот, в каждой из которых при моделировании глушителей достаточно ограничиться соблю­ дением одного из указанных равенств.

В связи с тем что Кі может рассматриваться в широком диапа­ зоне частот как величина, не зависящая от f, условие (213) будет соблюдаться при выполнении облицовок натурного и модельного глушителей из одного и того же волокнистого материала. В работе [17] было показано, что в области частот ниже frр, где диссипация звуковой энергии в слое волокнистого материала определяется величиной Ки для коэффициента звукопоглощения а можно на­ писать следующее соотношение:

____________ 2/QArtpHo__________

(К,72лрсНо + с)2 + (Кг/2ярсНо)2 ’

где в данмом случае Но = JÉl t так как за характерный размер

с

принята толщина слоя звукопоглотителя.

Из этой формулы следует, что частотные характеристики зву­ копоглощения слоев различной толщины из волокнистого мате­ риала подобны при одинаковом Но. Обобщенные частотные ха­ рактеристики звукопоглощения волокнистых материалов приве­ дены в .работе [15]. Построение характеристик такого рода

178

свидетельствует о возможности обеспечения подобия звукопогло­ щающих свойств облицовок модельного и натурного глушителей в диапазоне низких сходственных частот.

Рассмотрим пути обеспечения условий подобия в области вы­ соких сходственных частот. При этом также будем ориентиро­ ваться на применение в модели звукопоглощающего материала, который предполагается использовать в натурном глушителе. Экспериментально определено [95], что у волокнистых материа­ лов сопротивление продуванию пропорционально квадрату их плотности ум:

^о-Ѵм-

Из этого следует, что для обеспечения равенства (214) необхо-

димо плотность материала облицовки модели увеличить в 1ДЛ/Иг раз.

Таким образом, установлены практические пути обеспечения условий подобия характеристик звукопоглощения облицовок на­ турного и модельного глушителей. Испытания модели проводятся на частотах, превышающих в 1/М; раз натурные частоты. Обли­ цовка модельного глушителя выполняется из волокнистого мате­ риала, который будет применен в натурном глушителе. Толщина этой облицовки принимается в соответствии с масштабом модели­ рования. При этом в диапазоне низких сходственных частот плот­ ности облицовок натурного глушителя и его модели должны быть одинаковыми. В области же высоких сходственных частот плот­ ность звукопоглотителя модельного глушителя должна быть уве­

личена в 11]^M t раз. Осуществляется это путем соответствую­ щего сжатия волокнистого материала. Разграничительной для областей низких и высоких сходственных частот является частота, сходственная с граничной частотой звукопоглощающей облицовки

облицовки из матов ВТ-4 должна быть увеличена приблизительно в три раза. Наиболее предпочтительные величины масштаба Мі равны Vs и '/іоПри этом оказываются приемлемыми как размеры модели, так и диапазон частот, в котором по результатам модель­ ных испытаний представляется возможным определить частотную характеристику шахтного глушителя. Она представляет собой эф­

179

облицовки шахты звукопоглощающим материалом.

При модельных испытаниях уровни шума до и после облицовки должны измеряться на расстоянии гм = гнМі, где гн — расстояние от точки измерений до плоскости воздухоприемного отверстия на­ турной шахты; обычно гн= 0,5-И м. При таком способе определе­ ния величин ослабления шума шахтным глушителем в чистом виде устанавливается эффект звукопоглощающей облицовки. При этом

Рис. 86. Частотная характеристика ослабления шума шахтным глушителем.

—О— данные натурных испытаний; — ф — данные модельных испытаний.

затухание звуковой энергии в необлицованной шахте, возникаю­ щее вследствие колебаний стенок и в результате ее поглощения

ввоздухе, не сказывается на результатах измерений. Это особенно важно при модельных испытаниях, так как оказывается возмож­ ным выбирать толщину стенок модельной шахты из конструктив­ ных соображений без учета масштаба моделирования. При малых значениях Мі это существенно упрощает изготовление моделей.

Указанный способ определения эффективности глушителя по­ зволяет также обойти трудности, связанные с потерями звуковой энергии в воздухе. Измерения на моделях проводятся в области высоких звуковых и ультразвуковых частот, где затуханием звука

ввоздухе уже нельзя пренебрегать. Диссипативные потери звуко­

вой энергии в воздухе не моделируются [36]; это может явиться причиной существенных погрешностей модельных испытаний. Однако в рассматриваемом случае, когда эффективность глуши­

180

теля определяется как разность в уровнях шума, потери звуковой энергии в воздухе не влияют на результаты испытаний, так как они в равной мере сказываются на значениях этих уровней до и после установки звукопоглощающей облицовки.

В натурных глушителях звукопоглощающий слой из волокни­

экран в акустическом отношении не влияет на свойства звуко­ поглотителя, поэтому в модели шахтного глушителя перфориро­ ванная зашивка может выполняться без соблюдения каких-либо условий подобия. Следует только следить за тем, чтобы коэффи­ циент перфорации был не менее 0,2, а толщина перфорированного экрана — не более 1,5 мм.

Сопоставление результатов натурных и модельных испытаний шахтного глушителя приведено на рис. 86. Испытания модели про­ ведены в соответствии с изложенной выше методикой.

В заключение следует отметить, что проблема снижения шума вентиляторов МКО может решаться также с помощью пластинча­ тых глушителей.

§ 38. Реактивные и комбинированные глушители

Реактивные глушители в зависимости от принципа их действия подразделяются на камерные и резонансные. Камерный глуши­ тель в наиболее простом варианте представляет собой расшири­ тельную полость в воздухопроводе (однокамерный глушитель). Величина ослабления им шума может быть определена по фор­ муле [11]

где mK= SK/S0— коэффициент расширения, характеризуемый от­ ношением площади сечения расширительной ка­ меры Sк к площади проходного сечения воздухо­ провода S0;

/к — длина расширительной камеры.

Из этой формулы следует, что при прочих равных условиях максимальное значение величины Агл достигается всякий раз,

18!