螺旋型亥姆霍兹共振消声器及吸收体设计与声学特性研究
随着现代科学技术的发展，各类装备朝着高速、大型、轻质、重载和极端环境下运行发展，而装备运行时会产生负面影响，如噪声等问题。低频噪声在传播过程中具有很强的穿透力，是构成环境污染的重要部分。传统亥姆霍兹共振器具有选择性吸收和吸收频带狭窄等缺点。本论文主要是在传统亥姆霍兹共振器腔体内部加入螺旋型结构，设计出一种螺旋型亥姆霍兹共振器；根据周期性研究设计出复合型消声器；基于声学“软”边界理论构建出非对称吸收体，并对以上结构的声学性能展开研究，具体研究内容如下： 首先，基于亥姆霍兹共振器理论，对传统亥姆霍兹共振器和螺旋型亥姆霍兹共振器，进行传递损失计算。仿真发现同尺寸下螺旋型亥姆霍兹共振器的传递损失峰值能够有效提高至少7dB，并可以有效提高共振器的传递损失性能。根据螺旋结构的几何参数（内径、等距螺距和可变螺距）对螺旋型亥姆霍兹共振器进行优化，确定内径为14mm时，第一匝螺距为45mm的可变螺距结构效果最优，其传递损失峰值在290Hz处能达到67.3dB，并进行实验验证。 其次，根据共振器周期性排布的研究，将单一螺旋型亥姆霍兹共振器在声学管道轴向和径向上周期性排布，对其传递损失进行计算。仿真结果表明轴向周期性放置共振器可以提高传递损失峰值，拓宽高频吸收频带；径向周期性放置共振器可以有效拓宽传递损失峰两侧的吸收频带。不同尺寸的共振器并联时，声学管道上放置共振频率相近的共振器可以有效的拓宽整个结构的工作频带，并增大传输损耗。基于共振器的周期性规律，设计复合型消声器，可以实现在200Hz~700Hz范围内的有效吸收，传递损失值均高于20dB，实验测试结果与仿真结果基本一致，可实现噪声的主动控制。 最后，基于声学边界理论，构建一种两端均为开放的非对称吸收系统仿真模型，计算其声学性能。分析可得，声波由一侧进入系统中的吸收系数为94.3%；而由另一侧进入系统中的反射系数为97.3%，吸收系数仅有8.2%，出现两种不同的吸收效果，该现象的产生是由于非对称结构构建出了声学“软”边界。为了拓宽双端口吸收系统的应用前景，在单频带系统的基础上设计出具有多频段和宽频带特性的吸收系统。仿真结果发现，多频段吸收系统能够出现多个吸收峰，并且吸收系数均大于90%；宽频带吸收系统能够在240Hz~330Hz范围内进行有效吸收，平均吸收系数达到54%，并进行实验验证。双端口非对称吸收系统在吸收声能的同时还具有良好的气流交换功能，可广泛应用于噪声控制领域。
亥姆霍兹共振消声器;非对称吸收体;声能吸收;气流交换
哈尔滨理工大学
硕士
物理学
吴丰民
2022
中文
TB535.2
2022-09-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）