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

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).

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.

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.