使用出口消声器降低喷射器噪音的实验研究
前言：喷射器是常见的设备，广泛应用于不同领域，包括气体动力激光、废水处理系统中的曝气器、燃料电池、制冷系统和风洞等。
在某些应用中，喷射器直接排放到大气或大容器中，例如工艺容器或排水罐。虽然这可能不会影响喷射器的性能，但可能会导致高水平的噪音，这对于在喷射器附近工作的人员来说可能不舒服甚至危险。
不需要大幅降低出口速度来降低声学水平。这表明存在一种消声器，可以在最小程度影响出口质量流率或泵送效率的情况下，帮助降低喷射器的声学水平。
一种常见的消声器称为“管道罩”，接近理想的消声器，即提供降低声学水平而保持相同质量流率的消声器。这种消声器的计算机渲染图，它包括一个大致为45°的朝上的锥体，位于一个有孔圆柱内。
这个“管道罩”消声器使从喷射器出口喷出的大喷流分解成许多相对低速度的小直径喷流。
在某种程度上，管道罩消声器正是这样做的，将速度换成了直径。消声器的出流面积远远大于入流面积，这导致了出口的空气速度降低，孔洞也有助于分解存在于喷射器出口的大尺度湍流。
将一个大的喷流分解成许多较小的喷流的作用还有一个附加好处，即较小的喷流产生的噪音频率较高，更容易用传统方法衰减。
这种类型的消声器也非常简单，引起的压力损失相对较小，由于没有吸收元素，能够承受长时间的高速流动。
本研究的目标是利用这些修改进一步了解喷射器中的噪音产生机制，以及找到降低噪音的实际解决方案。
重要的是，目标是在仍提供高次要流泵送能力的同时实现尽可能低的声学水平。目前，由于在超音速喷射器中可能遇到的额外复杂性，本研究仅限于亚音速喷射器。
关于喷射器噪音的研究通常使用计算方法进行，这些方法计算量较大，最适用于简单的几何结构，或者使用实验方法，实验方法需要专门的测试装置和仪器，但非常适合研究更复杂的几何结构。
与计算测试不同，实验测试通常允许快速连续进行多次运行。考虑到本工作中所使用的喷射器的复杂几何形状，选择了实验方法。
尽管发现一部分噪音通过喷射器的侧面是微不足道的，但在喷射器的进口和出口处会产生噪音。
为了隔离出口噪音，使用了一个“进气箱”来包围喷嘴和漏斗形口。在亚音速情况下，观察到了出流口处的离散音，这可能会导致宽带噪音增加20分贝。
发现较短的喷射器产生的音强度较大，因为较长的喷射器发现具有更好的混合效果。这突出了混合长度对噪音产生的重要性，而喷射器的直径相对不太重要。
喷射器的罩体会“嚎叫”，嚎叫现象会导致不愉快的噪音水平，它是由于喷流与喷射器罩体的自然声学模式耦合而解释的，因为音调的频率取决于喷流速度。
音调的频率显示出与喷流速度的非线性关系，与边缘音和喷射冲击所观察到的情况类似。
使用有瓣混合喷嘴可以有效抑制音调，这可能是因为混合效果会显著增加，当将喷射器测试进行缩放时，会遇到另一种非线性现象。
对于三个不同大小但几何相似的测试，发现只有两个喷射器发出嚎叫声。这些非线性现象的组合源于喷射器内流动的变化，但未提供详细的解释。
喷射器的推力性能，以及发生在喷射器内的声学现象如何影响空气动力学，从而影响喷射器产生的推力。
进一步研究喷射器的推力性能，但考虑了声学相互作用，喷射器发出的噪音以及Schlieren摄影显示，这些音调确实与混合导管的横向模式调谐，随着吹气压力的增加，音调也显示出分级现象。
发现导管的共振现象极大地改善了喷射器内部的混合，尽管在声学上可能不利，但发出音调的喷射器实际上混合得更好，并且在推力性能上表现出增益，同样，发现较短的喷射器会产生更明显的音调。
结论：从实验结果来看，似乎可以通过设计喷射器尺寸，使不重叠的自然频率存在，以及尽量减小射流噪声，从而使任何喷射器在声学上得到优化。
对于工业应用，对喷射器消声器的某些修改显示出潜力，但是，大多数经过测试的解决方案都不合格，因为声学性能不佳或者抽气性能大幅下降。
发现减小流体垂直流向出口流室壁的流量是减小在这些方向的振荡幅度的有效解决方案。
位于多孔圆筒的中部的58%多孔锥体提供了显著的声学增益，而对喷射器的抽气性能的影响并不过分，是经过测试的所有解决方案中最好的解决方案。
58%的OAR锥体和33%的OAR锥体在这个配置下显示出类似的声学性能，但它们对抽气性能的影响各不相同，58%的锥体更适用于抽气。
由于所呈现的所有修改对纵向振荡方向的空气粒子的阻尼没有或非常小的效果，因此减小整体纵向模式非常困难。
为了获得有关给定消声器设计影响的更多细节，需要更多有关气流的信息，例如来自流动可视化的信息。
