在進行某型飛機環(huán)控系統(tǒng)空氣散熱器性能試驗時，散熱器熱邊出口氣流來自飛機發(fā)動機壓氣機引氣，流量為10000kg/h（滿負荷），氣流溫度220℃，熱邊出口管徑100mm；散熱器冷邊出口氣流來自飛機發(fā)動機外涵道引氣，流量為15000kg/h（滿負荷），氣流溫度350℃，出口管徑150mm，因此冷熱邊出口排氣氣流速度分別達到了236m/s和354m/s。如此高溫高流速氣體直接排放在試驗大廳中，產(chǎn)生很大的噪聲。當(dāng)滿負荷供氣時，距離排氣口10 m處，測得的噪聲值高達130dB(A)，嚴重影響了試驗室工作人員的工作和活動，為此需要采取合理有效的措施降低該排氣氣流噪聲。

    本文依據(jù)的是中國科學(xué)院聲學(xué)所馬大猷院士提出的小孔噴注控制噪聲理論設(shè)計了一種有4層穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的小孔復(fù)合式消聲器。

    該理論為：將一個大的噴口在不小于原排氣量的前提下，改為許多小孔來替代，小孔將高頻聲移到人耳不敏感的超聲范圍，從而達到降噪的目的。應(yīng)用結(jié)果證明了該消聲器的優(yōu)良性能和工程適用性。

    1 氣流噪聲分析

    直徑為D的圓噴口形成自由噴注的結(jié)構(gòu)，如圖：

圖1  從圓噴口噴入靜止空氣的噴注結(jié)構(gòu)

    噴口的噴注形式分為混合區(qū)、過渡區(qū)和充分發(fā)展區(qū)?；旌蠀^(qū)的中心部分是噴注的核心，核心長度（或說混合區(qū)）的延伸距離大約是噴口直徑的4-4.5倍。過渡區(qū)大致擴展到10倍直徑的地方。測量表明沿噴注表面，在噴口附近聲壓較低，在3-4倍噴口直徑的距離內(nèi)迅速增加到最大值，以后又慢慢降低。噴注噪聲大部分來自混合區(qū)和過渡區(qū)的湍流運動，該運動形成湍流噪聲，是一種高頻噪聲，主要產(chǎn)生在噴口附近。

    噴注湍流噪聲的頻譜具有寬頻帶噪聲的特征，但對人起干擾作用的只是其中可聽聲頻率范圍內(nèi)的一部分。如噴口直徑在幾厘米或幾十厘米，噪聲頻譜都在可聽聲范圍，全部噪聲都對人起干擾作用。若把噴口直徑減小到幾毫米或更小，噪聲頻譜將移向很高的頻率，超過了人耳可聽范圍，頻譜的大部分對人耳不再起干擾作用。

    2 消聲器設(shè)計

    通過對現(xiàn)場氣流噪聲的分析并綜合考慮了工作人員的工作環(huán)境等指標后，決定試驗時在散熱器冷、熱邊排氣口各加裝一臺消聲器。消聲器的設(shè)計指標為：距離散熱器冷邊和熱邊排氣口10m處的噪聲值在滿負荷供氣時降到95dB(A)以下；在熱邊流量8000 kg/h、冷邊流量12000 kg/h時降到82 dB(A)以下，即降噪量≥35dB(A)。

    由已知的理論得到，一般是用多孔材料消聲器降低氣流噪聲。多孔材料中含有無數(shù)個微小通道，氣流可以通過它們排入大氣，同時受到阻力作用。高速氣流的多孔擴散過程就是氣流經(jīng)過多孔材料形成許多小噴注，然后再匯合成一個面積較大而速度較低的大噴注，達到噪聲降低的效果。其消聲量計算為：  

    其中：

    設(shè)計時需要注意以下四方面因素，把握好孔徑、孔距、孔數(shù)三個參數(shù)。

    （1）從實用角度出發(fā)，孔直徑d不能選的太小。因為孔直徑太小，不僅難加工，而且還容易堵塞，影響排氣量，增加氣流阻力。但也不能太大，如果孔徑過大，消聲效果會很差。

    （2）如果小孔間距較小，氣流通過小孔后還會相互混合成大的噴注而產(chǎn)生低頻噪聲，從而使消聲效果變差。為此，設(shè)計小孔噴注消聲器時，孔間中心距b應(yīng)滿足：b≥d+6√d

    （3）為了使排氣通暢，考慮到小孔的阻尼作用，消聲器的開孔流通面積的設(shè)計排氣口流通面積的多倍。

    （4）小孔噴注板應(yīng)具有足夠的強度和剛度，保證在間歇性排氣氣流的沖擊力作用下不能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)噪聲。

    在綜合考慮了上述要求后，設(shè)計的小孔復(fù)合式消聲器由4層多孔板結(jié)構(gòu)組成，所有材質(zhì)均為t1.5厚不銹鋼板，層與層之間由支撐件連接。從里往外，穿孔率分別為：12.2%、9.12%、5.5%、5.17%，消聲段長度1150 mm。  

圖2  小孔復(fù)合式消聲器外形圖

    3 降噪效果

    將設(shè)計好的消聲器連接到散熱器冷、熱邊出口后，在滿負荷供氣條件時，距離排氣口10m測得的聲壓級為95dB(A)。試驗室工作人員反映，現(xiàn)場感受降噪效果明顯。

    下表為熱邊供氣流量8000 kg/h、冷邊供氣流量12000 kg/h時，安裝消聲器前后，在試驗現(xiàn)場，距離排氣口10m處測得的聲壓級。

表1  加裝消聲器前后測量值比較

圖3 加消聲器前后散熱器出口的噪聲頻譜