新材料消音風道設計及研究

汪科成+何文輝

中圖分類號：G283 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）03-0122-01

前言

隨著動車組技術的發(fā)展，旅客舒適度已成為動車組性能提升的主要方向，其中客室噪音作為舒適度的重要指標，一直是動車組技術研究的熱點。

1、研究提出的背景和意義

頂置空調(diào)是目前動車組普遍應用的空調(diào)布置方式，采用頂置空調(diào)的高速動車組，因空調(diào)與客室距離較近而且沒有鋼結(jié)構(gòu)隔離，空調(diào)運行噪聲容易傳進客室，旅客乘坐舒適性會受到較大影響，研制高效率的消音風道是解決空調(diào)噪聲的重要途徑，也是提高整車舒適性的一個重要項點，傳統(tǒng)消音風道使用普通玻璃絲棉做吸音材，已不能滿足客室噪音新標準的要求，因此設計出安全可靠，效率更高的消音風道是一個亟待解決的問題。

2、消音風道設計理論

根據(jù)工程的客觀狀況，我們選用的消音設計方案采用阻性-擴張室復合消音裝置，該裝置由于聲波在兩端的反射，這種消聲器的消聲量比兩個單獨的消聲器的消聲量相加要大。敷有吸聲層的擴張室，其消聲量（傳遞損失）可用下式理論計算：

式中，為粗管中吸聲材料單位長度的聲衰減（dB/m），這里忽略了端點的反射；為擴張比，這里忽略了吸聲材料所占據(jù)面積，而且吸聲材料的厚度遠小于通過它的聲波之波長；為波長；為粗管長度（m）；，為的雙曲余弦、正弦函數(shù)。

在實際應用中，阻抗復合消聲器的傳遞損失是通過實驗或現(xiàn)場測量確定。

3、消音風道設計方案

消音風道結(jié)構(gòu)設計：消音風道采用阻性-擴張室復合消音裝置，在風道腔內(nèi)交叉設置消音立柱，立柱上覆蓋吸音材，為防止吸音材被氣流吹起脫落，吸音材表面由無紡布覆蓋，立柱整體厚度為40mm，長度大概在500mm左右，整個消音風道設置7個消音立柱，保證氣流在風道內(nèi)與吸音材的接觸面積，促使聲波在風道內(nèi)更充分被吸收，風道體內(nèi)表面也覆蓋10mm的吸音材，風道外部粘貼10mm厚的防寒材，消音區(qū)域長達1200mm，且在此范圍內(nèi)不設任何送風口。該結(jié)構(gòu)可使空氣流進入風道后，聲波經(jīng)過消音立柱時獲得充分的反射和吸收。同時氣流進入消音風道后，風腔面積顯著增大，形成擴張室，氣流速度降低，聲音得到一定程度的衰減，消音風道結(jié)構(gòu)及氣流組織示意見附圖1。

消音風道材料選用：傳統(tǒng)消音風道采用玻璃絲棉作為吸聲材料，本風道采用吸音系數(shù)更高的3D織物吸音棉，吸聲系數(shù)及效果有較大提升（吸音系數(shù)對比見表1）。

4、消音風道性能試驗

將消音風道連接在機組上，將機組風機打開，在消音風道出口用手持噪音儀測量噪聲值，測量完畢后撤掉消音風道，在相同位置再測一遍噪聲值（測試方法見附圖2）。

具體步驟為：在距離消音風道口0.5m距離處，位于風道出風口垂直距離的正中，取如附圖3所示的三個點測量噪聲值。

拆掉消音風道，在步驟二相同位置三個點再測一遍噪聲值。

測試結(jié)果統(tǒng)計如表2所示：

從試驗結(jié)果分析，該消音風道的消音值與傳統(tǒng)消音風道的8dB相比消音效果提升明顯，達到設計要求。

5、結(jié)論

以上是對消音風道結(jié)構(gòu)和材料進行優(yōu)化設計的結(jié)果，相對于傳統(tǒng)消音風道效率有一定的提升，風道體積適中，重量在可控范圍內(nèi)，無環(huán)境危害，工程化程度簡單，可以推廣到多種車型上使用，總體上來說較為成功，但是也存在改進空間。

以后將在開發(fā)新材料，優(yōu)化新結(jié)構(gòu)方向進一步努力，將消音風道的消音性能再提升一個臺階，對整車旅客舒適度提升做更大貢獻。