Вредное воздействие шума на здоровье людей известно и изучается давно [3, 8, 9]. Энерговооруженность транспортных и стационарных энергетических установок со временем неуклонно возрастает [7], что приводит к повышению уровня шума в местах их расположения [5, 8]. Увеличение автобусов и автомобилей в общем количестве транспортных средств [4] приводит к росту шума в городах и крупных населенных пунктах, при этом главным его источником являются двигатели внутреннего сгорания [8]. Шум отрицательно влияет на организм человека, приводит к возникновению профессиональных заболеваний и, в итоге, снижает продолжительность жизни человека.
Перфорированные (резонансные) глушители шума нашли широкое применение в энергетических установках [1, 2]. Перфорированные поверхности позволяют снизить уровень шума [10]. На эффективность снижения шума влияют геометрические параметры перфорации, например, относительный шаг расположения отверстий, диаметр отверстий, объем резонансной камеры и др.
Однако в литературе практически отсутствуют сведения о проведении системных исследований влияния названных параметров на уровень шума при работе энергетических установок, как стационарных, так и транспортных, в том числе и автомобильных. В данной статье приведены результаты расчетных исследований уровней шума в зависимости от некоторых указанных выше параметров, которые будут полезны при проектировании глушителей шума.
Снижение уровня шума в перфорированном глушителе определяется выражением
дБ, (1)
где С0 – акустическая проводимость отверстий; V – объем резонансной камеры; – безразмерная частота; f – частота в третьоктавной полосе частот, Гц.
Акустическая проводимость отверстий, в свою очередь, определяется формулой
, (2)
где dотв – диаметр отверстия; n0 – число отверстий; h – толщина стенки трубки; j – функция, зависящая от относительного шага расположения отверстий (определяется опытным путем (табл. 1).
Таблица 1
Значения параметров отверстий
|
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
j |
1,72 |
2,18 |
4,00 |
9,45 |
∞ |
В расчетах принимаются следующие значения параметров:
• – относительный шаг отверстий; расход газа G = 1 кг/сек;
• температура газа tг = 400 °С;
• диаметр отверстий в диапазоне 2–10 мм;
• толщина стенки трубы h = 2–3 мм; относительная частота = 1,2–2,4.
По результатам расчетов построены графики зависимостей уровня снижения шума от геометрических параметров перфорации (рисунок).
Влияние геометрических параметров перфорации на уровень снижения шума
Таблица 2
Результаты расчетов влияния объема резонансной камеры на уровень шума при различных значениях относительной частоты
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
|
= 0,015 |
1,511 |
2,122 |
2,832 |
3,687 |
4,736 |
6,036 |
= 0,024 |
0,944 |
1,326 |
1,769 |
2,304 |
2,959 |
3,771 |
= 0,030 |
0,755 |
1,060 |
1,415 |
1,842 |
2,366 |
3,016 |
= 0,037 |
0,604 |
0,848 |
1,131 |
1,473 |
1,892 |
2,412 |
= 0,074 |
0,301 |
0,422 |
0,563 |
0,734 |
0,942 |
1,201 |
= 0,149 |
0,148 |
0,208 |
0,277 |
0,361 |
0,463 |
0,590 |
= 0,238 |
0,089 |
0,125 |
0,167 |
0,217 |
0,279 |
0,356 |
= 0,298 |
0,069 |
0,097 |
0,129 |
0,168 |
0,216 |
0,275 |
= 0,596 |
0,024 |
0,034 |
0,046 |
0,059 |
0,076 |
0,097 |
Анализ графиков (рисунок) показывает, что с уменьшением диаметра отверстий dотв при фиксированном относительном шаге = dотв/t эффективность действия перфорированного глушителя шума повышается. Особенно это заметно в области малых диаметров отверстий: уменьшение диаметра отверстий в два раза – от 4 мм до 2 мм – приводит к понижению уровня шума порядка 35 % относительно его значений во всем исследованном диапазоне диаметров отверстий от 10 мм до 2 мм.
Так как на одной и той же площади поверхности размещается большее количество отверстий по мере уменьшения их диаметра, то с увеличением числа отверстий возрастает их акустическая проницаемость (2) и, как следствие, повышается эффективность снижения уровня шума перфорированным глушителем. С увеличением относительного шага эффективность такого глушителя также повышается. Эта закономерность сохраняется почти при всех исследуемых диаметрах отверстий (рисунок).
Расчеты и анализ (табл. 2) показывают, что с увеличением объема резонансной камеры глушителя эффективность снижения уровня шума возрастает при всех значениях относительной частоты .
Через отверстия в стенке трубы звуковая волна проникает в камеру глушителя, где происходит реверберация звука, при этом энергия звуковой волны уменьшается и, в итоге, понижается уровень шума.
Наличие отверстий в стенке трубы также приводит к турбулизации пограничного слоя газового потока. В сильно турбулизованном пограничном слое рассеивается энергия звуковой волны, которая падает на внутреннюю поверхность камеры глушителя [6].
Заключение
В заключение следует отметить, что с увеличением объема камеры глушителя возрастают его габариты и масса. Оптимальное решение этого конструктивного противоречия можно найти на основе тщательного технико-экономического анализа.
Рецензенты:Кузьмин Н.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Автомобильный транспорт», Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород;
Панов А.Ю., д.т.н., профессор, директор ИПТМ, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород.
Работа поступила в редакцию 19.02.2015.
Библиографическая ссылка
Бердников Л.А., Шишкин Д.А., Пачурин Г.В. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЕЗОНАНСНОГО (ПЕРФОРИРОВАННОГО) ГЛУШИТЕЛЯ ШУМА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ШУМА // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-4. – С. 701-703;URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36916 (дата обращения: 20.04.2024).