一种卷曲超构材料消声器

本发明涉及消声设备，特别是涉及一种卷曲超构材料消声器。

背景技术：

1、随着工业的发展和城市化进程的加快，噪声污染问题日益严重，对人们的生活质量和健康造成了影响。为了降低噪声污染，各种消声设备被广泛研究和应用。在众多消声技术中，超构材料因其独特的声学性质而备受关注。超构材料通常是由周期性排列的结构单元组成的人工复合材料，能够实现自然材料所不具备的声学特性。

2、现有的卷曲或螺旋超构材料通常由等截面的波导或管道构成，这些结构通过在不同方向上的弯曲或旋转来形成特定的几何形状。等截面波导或管道的设计使得它们在声学上具有特定的共振频率。例如，四分之一波长管在特定的频率下能够产生较强的共振吸收，从而达到消声的效果。然而，这种设计的结构频率选择性较强，只能在很窄的频率范围内有效工作。为了拓宽超构材料的有效频率响应范围，研究者们尝试通过组合多个不同长度的管道来实现。这种方法虽然能够在一定程度上扩展消声频带，但同时也增加了系统的复杂性和成本。此外，由于每个管道都有其特定的共振频率，这种组合方式在实际应用中往往难以实现理想的宽带消声效果。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种卷曲超构材料消声器。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种卷曲超构材料消声器，包括至少一个卷曲超构材料单元，所述卷曲超构材料单元包括管口截面大小连续变化或者分段近似连续变化的卷曲管道结构。

4、进一步地：

5、所述卷曲管道结构的管口截面大小按单一连续函数连续变化或按分段的连续函数近似连续变化。

6、所述连续函数为平面螺旋函数。

7、所述平面螺旋函数为双曲螺旋函数或对数螺旋函数。

8、所述管口截面的形状为尺寸变化的矩形或圆形。

9、所述卷曲超构材料单元还包括阻抗匹配部分，所述阻抗匹配部分与所述卷曲管道结构连通。

10、所述卷曲管道结构的最大管口处连接所述阻抗匹配部分。

11、所述阻抗匹配部分为中空结构或多孔材料，优选地，所述中空结构的外壳为穿孔板。

12、多个所述卷曲超构材料单元组合成蜂窝式、片式、声流式、折板式、迷宫式或阵列式的消声器。

13、一种消声系统，其中所述的卷曲超构材料消声器的设置在空气通道旁边或内部，可选地，所述空气通道包括地铁风道或风管，高压气体泄气口，通风机、鼓风机、空压机、发动机的进气或排气管道，通风空调风管中的任一种。

14、本发明具有如下有益效果：

15、本发明提供的卷曲超构材料消声器包括至少一个卷曲超构材料单元，所述卷曲超构材料单元包括管口截面大小连续变化或者分段近似连续变化的卷曲管道结构，声波在该卷曲管道结构内的传播可近似为声波在截面积连续变化或近似连续变化的管中的传播。使用本发明的卷曲超构材料单元，只需要单个变截面的卷曲结构就可以实现宽频响应，可以很大地拓展声波的频率响应范围。可以组合多个卷曲超构材料单元实现宽频响应消声性能。此外，通过与阻抗匹配部分进行组合，也可以靠一个卷曲超构材料单元实现宽频消声性能。将相同外包络尺寸的本发明单个变截面卷曲超构材料消声器与等截面卷曲结构消声器消声结果相比，等截面卷曲结构无论是否有阻抗匹配部分，只会在窄频共振发生的1倍频程内获得高于变截面卷曲超构消声器的消声量，其余倍频程消声量均低于本发明的变截面卷曲超构消声器。

16、实验测试表明，相较于等截面卷曲结构消声器，本发明只含1个变截面卷曲管道结构的消声器可以在1个以上的倍频程获得较高的消声量，实现更宽频率范围内的消声。进一步地，根据需要，通过多个卷曲超构材料单元组合可提升消声量。本发明的卷曲超构材料消声器可用于各种流动介质通过的管道(或通道)中(管道的入口处、出口处、或入出口之间的任意位置)，如地铁风道或风管，高压气体泄气口，通风机、鼓风机、空压机、发动机的进气或排气管道(通道)，通风空调风管等，比现有的等截面卷曲或螺旋超构材料达到良好的消声效果。

17、本发明实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

技术特征：

1.一种卷曲超构材料消声器，其特征在于，包括至少一个卷曲超构材料单元，所述卷曲超构材料单元包括管口截面大小连续变化或者分段近似连续变化的卷曲管道结构。

2.如权利要求1所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，所述卷曲管道结构的管口截面大小按单一连续函数连续变化或按分段的连续函数近似连续变化。

3.如权利要求2所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，所述连续函数为平面螺旋函数。

4.如权利要求3所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，所述平面螺旋函数为双曲螺旋函数或对数螺旋函数。

5.如权利要求1至4任一项所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，所述管口截面的形状为尺寸变化的矩形或圆形。

6.如权利要求1至5任一项所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，所述卷曲超构材料单元还包括阻抗匹配部分，所述阻抗匹配部分与所述卷曲管道结构连通。

7.如权利要求6所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，所述卷曲管道结构的最大管口处连接所述阻抗匹配部分。

8.如权利要求6或7所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，所述阻抗匹配部分为中空结构或多孔材料，优选地，所述中空结构的外壳为穿孔板。

9.如权利要求1至8任一项所述的卷曲超构材料消声器，其特征在于，多个所述卷曲超构材料单元组合成蜂窝式、片式、声流式、折板式、迷宫式或阵列式的消声器。

10.一种消声系统，其特征在于，如权利要求1至9任一项所述的卷曲超构材料消声器的设置在空气通道旁边或内部，可选地，所述空气通道包括地铁风道或风管，高压气体泄气口，通风机、鼓风机、空压机、发动机的进气或排气管道，通风空调风管中的任一种。

技术总结本发明提供了一种卷曲超构材料消声器和消声系统，该卷曲超构材料消声器包含至少一个卷曲超构材料单元，所述卷曲超构材料单元具有连续变化或近似连续变化截面的卷曲管道结构，籍此可实现宽频响应。与传统等截面结构相比，本发明的变截面设计在多个倍频程内提供更优的消声效果。消声器可单独使用或组合多个单元以提高消声量，适用于地铁风道、高压气体泄气口、通风设备等多种管道系统，可大幅提升现有超构材料的消声性能。技术研发人员：曹海琳,丁莉,赵金华受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）（哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院）技术研发日：技术公布日：2024/8/27