水管路消声装置声学性能的解析计算与实验研究
摘要
充液管路系统的振动噪声控制一直是一个研究热点问题，水消声器作为一种有效的
噪声抑制设备被广泛应用于充液管路系统的噪声控制之中。本文分别从理论仿真与实验
测量两个角度对水管路消声装置的消声性能进行分析研究。
本文首先介绍了几类常见的抗式水消声器的消声原理及其传递损失的计算方法，并
分别采用了传递矩阵法、模态匹配法和有限元法计算了带有进出口插管的膨胀腔水消声
器的传递损失，给出了模态匹配法计算传递损失时高阶模态阶数的选取原则，分析了不
同进出口插管延伸长度对水消声器消声性能的影响规律。然而，由理论计算结果可知，
虽然可以通过改变消声器进出口插管延伸长度来提高水消声器的消声带宽，但是膨胀腔
水消声器仍然存在尺寸大，低频消声性能差，具有较强的频率选择性等缺点。
在此基础之上，本文基于模态匹配法原理计算了环状气囊水消声器的消声性能，给
出了气囊水消声器传递损失计算中高阶模态阶数的选取原则。归纳并总结了气囊水消声
器不同媒介间的声阻抗特性对其消声性能的影响，分析了气囊水消声器不同压力关系下
消声器消声性能的变化规律。并在单气囊水消声器的基础之上开展了双气囊水消声器的
消声性能研究。
另外，本文采用有限元方法计算了考虑实际结构壁厚的气囊水消声器的传递损失，
分析气囊水消声器壁面耦合效应对消声器消声性能的影响规律。此外还通过有限元法研
究声波在不同媒介间的传播方式对气囊水消声器消声性能的影响规律。得出结论，在气
囊水消声器中气囊和流体介质接触的表面积大小和气囊体积大小并不是影响气囊水消
声器消声性能的直接因素。影响气囊水消声器消声性能的主要因素是气囊在腔室中合理
的布置方式和相对应的体积大小。
最后，搭建了动态水管路试验系统。并基于三传感器法与双负载法原理，测量了直
管段中管路流体声速与其传递损失，实验结果与理论预期符合较好，验证了该试验装置
的有效性。最后通过该试验系统测量了不同水管路消声装置的消声性能，试验结果显示
试验测量结果与仿真计算结果吻合良好，从而验证了仿真和试验测量结果的准确性。
关键词：水消声器；传递损失；模态匹配法；声速测量；消声性能测量
水管路消声装置声学性能的解析计算与实验研究
Abstract
Thevibrationandnoisecontrolofliquid-filledpipelinesystemhasalwaysbeenahottopic
ofresearch.Asaneffectivenoisesuppressionequipment,watersilenceriswidelyusedinthe
noisecontrolofliquid-filledpipelinesystem.Thisarticleanalyzesandstudiestheacoustic
attenuationperformanceofwaterpipesilencingdevicesfromtwoperspectives:theoretical
simulationandexperimentalmeasurement.
Firstly,thispaperintroducesthesilencingprincipleandthecalculationmethodof
transmissionlossofseveralkindsofcommonantitypewatersilencers.Transfermatrixmethod,
modematchingmethodandfiniteelementmethodareusedtocalculatethetransmissionloss
ofexpansioncavitywatersilencerswithinletandoutletextensionrespectively,andthe
selectionprincipleofhigher