一种基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构及应用

本发明涉及管道降噪与声传播，特别是涉及一种基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构及应用。

背景技术：

1、汽车与摩托车等带有尾管的交通工具、拖拉机等农用工具、带有排气管的发动机等器械在日常生活中随处可见，其尾气/废气排放时，排气管道内通常伴随着气流流动的噪声,这些宽带噪声强度过大，一方面容易损伤管道，一方面会对操作者或器械附近的人员造成较大的噪声危害。近年来，在声学领域提出的声学黑洞结构不仅具有轻量化特征，还有高阻尼、高频散和高能量聚集等特性，在噪声控制、声波调控和高效能量回收等领域展示了极大的应用潜力。

2、声学黑洞概念可以类比天体物理学中的黑洞概念。天体物理学中黑洞是指一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大的奇点，可以吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。声学黑洞的概念可以与之类比，声学黑洞效应即：通过对管道的管径进行幂律调整并控制其内壁的阻抗，使声波的相速度和群速度逐渐减小以至于趋近于零，从而实现声波在管道末端产生声波聚集效应，形成高能量密度区域。

3、现今对于声学黑洞的研究主要包括一维和二维结构，理想声学黑洞结构其管径变化规律服从幂率分布。理想情况下，声学黑洞结构的管径沿着管道轴中心向四周的方向缩小至零。

4、但是，现今对于一维与二维声学黑洞结构，由于需要缩小主体管道的管径，例如，加入挡板、填充其他材料等，这不仅增加了管道加工的复杂度且提高加工成本，同时由于减小了管道内径，大大降低了流体的流速的同时会使得通过的流体激发出新的噪声，严重影响了管道的实用性，阻碍了声学黑洞的应用与推广。

5、因此，在流体管道降噪过程中，设计一种不破坏原有管径的、基于声学黑洞效应的消声器是非常重要的。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器，通过在两段主管道之间施加基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器构件，在不缩小主管道的管径的同时，达到较好地降噪的目的。

2、本发明是通过下述技术方案来实现的。

3、本发明提供了一种基于声学黑洞效应的管道旁吸消声器结构，包括与降噪主体管道同轴连接的柱状消声器管道，所述柱状消声器管道的内径大于降噪主体管道；所述柱状消声器管道的两侧内壁设有沿降噪主体管道径向分布的若干个金属挡板，若干个金属挡板的宽度沿柱状消声器管道最小内径至最大内径依次渐扩，降噪主体管道内两侧若干个金属挡板的延伸端的连接面形成对称弧形面且互不接触，对称弧形面呈轴对称。

4、优选的，柱状消声器管道内径为降噪主体管道内径的2倍。

5、优选的，各金属挡板为与柱状消声器管道、降噪主体管道同中心轴的薄柱壳结构。

6、优选的，若干个金属挡板刚性连接于所述柱状消声器管道内壁上。

7、优选的，相邻金属挡板等距分布于柱状消声器管道内壁两侧且互不接触。

8、优选的，对称弧形面最长的金属挡板之间的间距为声学黑洞效应的柱状消声器管道内最窄缝隙，最窄缝隙不大于柱状消声器管道长度的1/10。

9、优选的，柱状消声器管道材质为与降噪主体管道材质相同，金属挡板材质与降噪主体管道材质相同。

10、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

11、1.本发明基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，在主管道上通过与主体管道直接拼接降噪主体管道，利用若干个金属挡板构成黑洞效应的消声器，利用声学黑洞效应，声波经过主管道传播至声学黑洞构件处，主管道内的平面波能量将因声学黑洞效应集中到消声器中，并通过多孔材料或空气本身的阻尼进行耗散。有效的对管道内噪声的能量进行耗散。

12、2.柱状消声器管道若干个金属挡板的宽度随柱状消声器的内径分布依次渐扩，延伸端形成对称弧形面且互不接触，主管道内的平面波能量集中到由对称分布的金属挡板构成的声学黑洞结构内，声波通过声学黑洞消声器后传播损失高，从而实现稳定的、宽带的高吸声性能。

13、3.此结构仅需替换主管道的一部分，拆卸方便，不会改变主管道的内径，不会降低主管道内介质的流速，不会产生新的流噪，能够达到较好地降噪的目的。体现出声学黑洞结构在工业管道设备、发动机设备、气体排放设备等一系列因介质流动形成噪声的管道结构中的广泛应用前景。

技术特征：

1.一种基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，包括与降噪主体管道同轴连接的柱状消声器管道，所述柱状消声器管道的内径大于降噪主体管道；所述柱状消声器管道的两侧内壁设有沿降噪主体管道径向分布的若干个金属挡板，若干个金属挡板的宽度沿柱状消声器管道最小内径至最大内径依次渐扩，降噪主体管道内两侧若干个金属挡板的延伸端的连接面形成对称弧形面且互不接触，对称弧形面呈轴对称。

2.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，柱状消声器管道内径为降噪主体管道内径的2倍。

3.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，各金属挡板为与柱状消声器管道、降噪主体管道同中心轴的薄柱壳结构。

4.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，若干个金属挡板刚性连接于所述柱状消声器管道内壁上。

5.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，层间相邻金属挡板等间距分布于柱状消声器管道内壁两侧且互不接触。

6.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，金属挡板厚度h按照下式计算：

7.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，若干个金属挡板的宽度d(r)随柱状消声器管道的内径分布满足以下公式：

8.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，对称弧形面最长的金属挡板之间的间距为声学黑洞效应的柱状消声器管道内最窄缝隙，最窄缝隙不大于柱状消声器管道长度的1/10。

9.根据权利要求1所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构，其特征在于，柱状消声器管道材质为与降噪主体管道材质相同，金属挡板材质与降噪主体管道材质相同。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构在工业管道设备、发动机设备、气体排放设备的介质流动管道中应用。

技术总结本发明公开了一种基于声学黑洞效应的旁吸管道消声器结构及应用，包括与降噪主体管道连接的内径更大的柱状消声器管道，柱状消声器管道的两侧内壁设有沿降噪主体管道径向分布的若干个金属挡板，若干个金属挡板的宽度沿柱状消声器管道最小内径至柱状消声器管道最大内径依次渐扩，降噪主体管道内两侧若干个金属挡板的延伸端的连接面形成对称弧形面且互不接触，对称弧形面呈轴对称。声波经过主管道传播至声学黑洞构件处，其能量将因声学黑洞效应集中到消声器中，并通过多孔材料或空气本身的阻尼进行耗散。该结构不改变主管道的内径，不会降低主管道内介质的流速，不会产生新的流噪，能够达到较好地降噪的目的。技术研发人员：邓杰,徐宇欣,马佳福受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/3/31