文档介绍：空气滤清器内吸声材料位置研究
蒲大宇FF,冯慧华,左正兴
(北京理工大学机械与车辆工程学院,北京 100081)
摘要:室内声学研究证明,在高声压区域布置吸声材料能够有效地抑制低频模式,提高室内的低频声
学性能。为进一步提高空气滤清器的消声量,结合该项研究成果,提出通过在空气滤清器模态高声压集中区域布置
吸声材料的方法,来实现消声量的增加。采用有限元方法,建立类似于方形箱体的简化空气滤清器模型,得到内部空
腔共振模式,发现高声压区域主要集中于腔体角部和棱边,在上述高声压集中区域布置吸声材料,以提高空气滤清器
的消声效果,计算结果显示,在中高频传递损失有较大提高,并且优于增加等量滤纸厚度方法。将以上方法用于某型
号空滤器设计中,通过空腔的模态分析,发现模态高声压集中区域,并布置吸声材料,传递损失计算结果证明方法合
理可行,能够有效地用于实际空气滤清器以提高进气系统消声量。
关键词:空气滤清器;吸声材料;传递损失;声学模态;
中图分类号:TB535 文献标识码:A

空气滤清器内的滤纸材料具有很好的中高频吸声性能,但是由于其布置位置和流通性的限制并不能
起到很好的吸声效果,需要在进气系统中增加特殊的结构如旁支管、谐振腔或者采用特殊材料[1]等方法
以抑制部分频段的噪声,对进气系统结构布置增加了难度。已知提高空气滤清器传递损失的方法包括提
高材料流阻率,增加滤纸厚度或者特殊的结构设计[2]等,前两种方法会很大程度上增加空气的流阻,从
而降低了进气效率,特殊结构的设计会增加加工和布置的难度。Senji[3]等将多孔材料布置于进气管内
并结合共振腔消除进气噪声,取得了一定的中高频消声效果,然而受管道容积影响不可能布置较多材
料,进一步提高消声量较为困难;而室内声学研究证明在高声压区域布置吸声材料能够有效地吸收室内
声波,提高室内的低频声学性能[4]。因此,本文借助FEM工具,探索在空气滤清器中增加多孔吸声材
料,并探讨其布置位置以不改变进气效率,同时提高空滤器的传递损失。
本文研究目的在于采用有限元方法,结合室内声学的研究成果,探讨在空气滤清器模态高声压集中
区域布置多孔材料的消声效果即可行性,及其对传递损失的影响程度和范围。在空气滤清器中布置吸声
材料以及对其布置位置的系统研究仍未见报道。
1 理论分析及参数确定
封闭空间的稳态声场可以通过求解Helmholtz方程获得,当结构形状较为复杂时,不存在解析解。数
值方法则是求解声场的有效手段。通过Galerkin法,将微分方程转化为积分方程,并将流体域离散组集
得到基于节点声压的有限元公式:
([K ]+−iCωω[ ] 2 [ M]){ p} =++{ Q} { V} { P} (1)
其中:[K ] 为刚度矩阵,[C] 为阻尼矩阵,[M ] 为质量矩阵,{p} 为节点声压向量,{Q} 为声源向量,
{V} 为输入速度向量,{P} 为输入声压向量。第 i 行 j 列的阻尼矩阵为:
ρ
CNNij =i j dΩ(2)
∫∂Ω Z
其中: ρ为流体密度,NNij 分别为 i、j 单元的形状函数, Z 为阻抗, Ω为场域。 Z 主要包括边界阻抗和
内部具有吸声