Page 166 - 《应用声学》2022年第6期

1012 2022 年 11 月

机的空间大小，管道的直径在 0.6∼1.2 mm 之间，长 际结构的可制作性与一致性，弯管不在本文的讨论
度在 5 mm 以内。由于管道直径较小，管壁会与大 范围中。但根据原理，截面逐渐增大的弯管也能有
部分气流发生强烈的黏滞反应 [5] ，从而耗散气流动 效地降低气流流速。
能并降低气流流速 [13] 。其次，根据物质守恒原理，
1.2 声屏障
理想条件下管道每个截面的气流量相同，如公式(3)
第二部分结构为腔体，腔体内填充泡棉，充当
所示：
抑制风噪的声屏障。整体抗风噪设计结构如图 5 和
V 1 S 1 = V 2 S 2 , (3) 图6所示，气流先通过渐变管，从高流速转变为低流
其中，V 和 S 分别代表管道某截面的流速和面积。 速。在低流速状态下，气流再经过声屏障，最后到达
显然截面积越大，气流流速越小。因此，开口逐渐增 传声器的拾声孔。由公式(1) 可知，声屏障的面积越
大的管道会降低气流流速。 大，抑制风噪的效果越好。因此泡棉设计为尖劈形，
基于有限元仿真，验证该设计管道对气流流速 增大与气流的接触面积。
的影响。模型使用“湍流，k-ε”接口求解渐变管道中
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的气流湍流，并采用含壁函数的湍流模型与对称面
边界条件来简化计算。仿真模型中的渐变管道长度 ᑿʹ

为3 mm，气流入口面直径为0.6 mm，出口面直径为
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1 mm。入口面处入射气流流速设定为 10 m/s。仿
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真结果如图 3所示，不同颜色代表了不同的流速，气 டʹፇ౞
流经过管道后，流速衰减明显。图4展示了管道出口 ຒԫኮ᥋
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截面的流速分布图，出口截面中流速均低于5 m/s。

3 ᤴएڤ
mm -0.5
0 2 mm
10 ඡื
1
0.5 9
0 图 5 整体结构示意图
-0.2 0 8
mm -0.4 7 Fig. 5 Overall structure diagram
6
5
x 4
y ᑿʹ
3
z 2
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图 3 渐变管道降低气流流速的仿真
Fig. 3 Simulation of reducing airflow velocity ຒԫኮ᥋

0 ᤴएڤ
mm -0.2 4.5
-0.4 图 6 整体结构实物图
4.0
3 3.5 Fig. 6 Overall real structure
2
3.0
x
mm 1
y 2.5 2 抑制风噪的实验
z 2.0
0 0.5 0 -0.5
mm
2.1 对比实验
图 4 出口横截面的流速分布
基于该设计结构进行风噪测试实验。实验时传
Fig. 4 Velocity distribution on outlet cross section
声器正对风管，采集传声器所拾取到的风噪信号。实
而且速度分布符合黏滞效应，靠近管壁流速低，管道 验采用的 MEMS 传声器尺寸为 2.7 mm×1.8 mm×
中部流速高。因此，仿真结果验证了截面逐渐变大 1 mm，灵敏度 −38 dBV/Pa，信噪比 64 dB(A)。传
的直管能有效地降低气流流速这一结论。考虑到实 声器和设计结构按图 6 方式固定。风管提供流速为