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基于声学超材料的冰箱降噪方案设计——上

作者:尊龙人生就是博手机版时间:2020-07-02 05:24

  限于对食物保鲜,而对节能、环保以及噪声水平的要求也越来越高。压缩机作为冰箱的主要噪声源,其噪声主要以空气声的形式通过压缩机散热格栅向外辐射,其中的高频成分大部分被压缩机散热格栅隔离,而1500Hz以下

  现在降低压缩机噪声的主要方法是在压缩机上包裹隔音棉[1],而隔音棉对低频噪声的吸收和隔声效果差,降噪效果非常有限;传统的结构声抑制材料为阻尼材料,依靠自身结构随贴敷背板的振动产生剪切形变耗能,因此其主要抑振作用频段为中高频,而对于低频结构振动的抑制作用则不够理想[2];传统的吸振结构器件主要为动力吸振器[3],其主要是针对单一频率的结构振动,但作动器的输出响应频率、控制线路的设计以及整体系统长期服役的可靠性等因素成为制约其大面积实际应用的主要障碍,更多是停留在实验室模型研究阶段[4]。为了在有效降低压缩机噪声的同时保证产品的可靠性和能效,需要找到一种低频隔声效果好同时具有较好散热性能的隔声降噪材料。

  声学超材料作为一种新型隔声材料,其隔声基于局域共振原理,即当设计频段的声波入射到声学超材料上时,会激励声学超材料发生形变,产生局域共振。声学超材料一半左右的部分产生与声波相同方向的振动变形,另一半产生与声波相反方向的振动变形,因此透过声学超材料的声波在远场产生干涉,进而出现正负叠加抵消的现象,实现了隔声效果。研究基于声学超材料方案的冰箱低频降噪技术具有显著的工程应用价值。

  为了研究声学超材料的声学特性,本文模拟驻波管中的隔声性能试验,利用COMSOL建立了声学超材料有限元仿线所示,图中方形圆孔结构即为声学超材料单元。声学超材料结构边缘部分设置为固定约束条件,两端使用了完全吸收边界以防止声波的反射,入射声源设定为幅值为1Pa的平面波,从管子的一侧入射。

  以主要隔声频段在440Hz为例,通过COMSOL仿真,分别作出隔声峰值左右相邻频率(420Hz、460Hz)的声场声强分布图,图中的箭头指向和疏密代表声强的方向和强弱。从云图可以看出,方形圆孔结构的声学超材料单元,其通过四周膜的声场分量和通过中间孔的声场分量相互干扰,声波能量传播呈现出漩涡状。如图2所示,420Hz(440Hz)时声波能量通过孔向下传播;如图3所示,当频率为460Hz(440Hz)时,声波能量透过薄膜向下传播;在中间频率(440Hz),这两部分声波的相互抵消干扰达到最大,它们叠加形成的总声场声功率最小,因而隔声量最大。

  [1] 黄磊. 吸声材料与隔声材料在空调降噪中的应用[D]. 湖南:湖南大学, 2016.

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