Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Бердников Л.А. 1 Шишкин Д.А. 1 Пачурин Г.В. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

В статье приведены исследования эффективности снижения шума энергетических установок с помощью глушителей. Актуальные расчетные исследования могут быть использованы при конструировании глушителей шума с целью нахождения оптимального решения исходя из степени снижения уровня шума, компоновочных и экономических соображений. В статье представлены аналитические выражения, позволяющие количественно оценить ключевые величины изучаемого вопроса. В качестве факторов, влияющих на способность уменьшать энергию звуковых волн, выбраны геометрические параметры перфорации стенок в глушителе, а также объем резонансной камеры. Авторы приводят сравнительные результаты исследований эффективности глушителя в зависимости от относительного шага и диаметра отверстий перфорации, а также от объема резонансной камеры. В заключении приводятся обобщающие выводы по результатам расчетов и краткий анализ физической природы выявленных закономерностей. Установлено, что с увеличением объема камеры глушителя возрастают его габариты и масса. Оптимальное решение этого конструктивного противоречия можно найти на основе тщательного технико-экономического анализа.

Статья в формате PDF

1713 KB

энергетические установки

глушитель шума

звук

резонансная камера

уровень шума

геометрические параметры

акустическая проводимость

1. Жаров Г.Г. Теоретические основы проектирования и эксплуатации корабельных газотурбинных установок / Г.Г. Жаров. – Л: Судостроение, 1979. – 588 с.

2. Клюкин И.И. Борьба с шумом и вибрацией на судах / И.И. Клюкин – Л: Судостоение, 1975. – 403 с.

3. Кузьмин Н.А. Разработка научных основ обеспечения работоспособности теплонагруженных деталей автомобильных двигателей / диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Нижегородский государственный технический университет. – Нижний Новгород, 2006.

4. Кузьмин Н.А., Плеханов Д.К., Пачурин Г.В. Математическая модель транспортного плеча при массовых автомобильных перевозках грузов // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9–3. – С. 530–535.

5. Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Солнцев Е.Б., Петров А.А. Шумовое загрязнение окружающей природной среды мини-ТЭЦ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8 (часть 2). – С. 291–294.

6. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Часть 2 / А.С. Монин, А.М. Яглом – М: Наука, 1967. – 559 с.

7. Плеханов Д.К., Кузьмин Н.А. Стратегии диспетчерского управления работой грузовых автомобилей при массовых перевозках // Автотранспортное предприятие. – 2009. – № 12. – С. 40–41.

8. Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Филатов Д.А. Акустическое воздействие мини-ТЭЦ с газопоршневыми и дизельными двигателями на окружающую среду // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 4. – С. 126–128.

9. Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В. Акустическое воздействие ветроэнергетических установок на окружающую среду // Экология и промышленность России. – 2013. – № 9. – С. 8–11.

10. Царикаев В.К. Способ снижения шума выхлопа двигателя внутреннего сгорания / В.К. Царикаев // Автотранспортное предприятие. – 2014. – № 5. – С. 42.

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.

Библиографическая ссылка