《帶背腔的薄膜結構用於管道風扇噪音控制的研究》是依託香港理工大學深圳研究院，由蔡逸思擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：帶背腔的薄膜結構用於管道風扇噪音控制的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔡逸思
- 依託單位：香港理工大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
管道風機的低頻噪音降噪問題仍具有較大的挑戰性。傳統被動降噪方法如聲襯的結構體積一般較大，而主動控制方法需要複雜的硬體系統且可靠性不高。本研究提出一種直接控制偶極子聲源的新型被動式消聲設備。此設備為一空腔背支薄膜結構，主要用於降低低頻噪音。此外，利用膜結構既可消除氣動損失又可通過改變膜屬性來調節消聲的頻率範圍。膜的振動與聲音具有強烈耦合，在適當的條件下，振動輻射聲與聲源之間進行相互干擾和抵消，最終抑制風機噪音的向外傳播。本課題的研究集中在四個方面（1）理論模型的推導。有助於全面透徹的分析和理解消聲機理，並對設備進行最佳化設計。（2）偶極子聲源，振動膜和空腔間的耦合作用。通過模態分析可得到振動的主導因素以及各階振動對消聲性能的影響。（3）研究氣動聲學與彈性結構間的相互作用。風機的推力、阻力及產生的流場對薄膜振動和消聲性能均有影響。（4）建立實驗裝置以驗證理論的正確性以及在實際中套用的可行性。
結題摘要
為了抑制管道風機的輻射噪音，本項目展開了一項新型被動式消聲器的研究，通過板/膜後空腔結構直接在聲源位置控制管道內風扇（偶極子聲源）噪聲。值得提出的是，此方法可以有效地控制低頻噪聲。板/膜結構在消聲器中套用， 不僅可以在減少壓降，同時可以通過調節板/膜結構的質量或者剛度/張力得到一個彈性的降噪頻率區間。板/膜的振動會輻射聲波，與風扇直接輻射的聲波(偶極子)產生強烈的耦合作用。 通過調節板/膜的參數， 上述聲波之間的相互干擾作用可以起到抑制風扇噪聲的作用。此項目進展順利，已完成計畫書中預期的研究任務。 主要結論如下：（1）一個關於板後空腔結構控制偶極子聲源噪聲的二維理論模型已經建成，完善的理論推導過程便於我們透徹理解板的振動和聲源，管道內的聲場，板後空腔之間聲場的耦合作用。在此基礎上系統的研究了板的參數對降噪效果的影響，並且完成了此模型的最佳化。（2）完成了解析解與有限元結果的對比，通過模態分析得到二階和四階振動主導板/膜的振動並在消聲過程中扮演重要的角色。（3）加工了相應的的實驗管道，順利的完成了實驗驗證。擴管率僅為2的情況下，在低頻150-500 Hz和中頻 850-1500 Hz範圍，我們得到了超過 5 dB的降噪效果。由於不需要特定的機械機構施加張力，對比膜結構消聲器，板後空腔結構更方便使用。將此板後空腔結構用於控制轉速為4000 rpm的七葉軸流風扇的噪聲，可以有效地抑制前兩階葉片通過頻率噪聲，達10 dB 以上。此外，我們也將此板後空腔結構成功的安裝在吹風機上以控制風扇噪音。此項目的研究成果，我們相信可以套用在管道風機結構中有效地控制風機噪聲，提高相關產品質量以及市場競爭力，最終給我們帶來一個更加舒適的生活環境。
