[發明專利]一種寬頻通風隔聲窗單元結構及其應用

在審

• 申請號: 202010250511.4
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111561252A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 王旭;李勇;孫曼;毛東興
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E06B5/20
• 分類號: E06B5/20;E06B7/02;G10K11/16
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發明涉及一種寬頻通風隔聲窗單元結構及其應用，寬頻通風隔聲窗單元結構包括內部螺旋葉片(1)、空心管(2)和薄壁外殼(3)，所述空心管(2)的外壁固定連接內部螺旋葉片(1)，所述內部螺旋葉片(1)的外緣罩設薄壁外殼(3)，所述內部螺旋葉片(1)包括設于空心管(2)的外壁中央四周的固定螺旋層(5)以及固定螺旋層(5)兩側的號筒型螺旋層(4)，所述固定螺旋層(5)的螺旋葉片為固定螺距的葉片，所述號筒型螺旋層(4)的螺旋葉片為螺距梯度變化的螺旋葉片。與現有技術相比，本發明具有提高隔聲效果、適用范圍廣等優點。

技術領域

本發明涉及噪聲治理設備技術領域，尤其是涉及一種寬頻通風隔聲窗單元結構及其應用。

背景技術

傳統的聲屏障在隔絕噪聲的同時忽略了空氣的流通，但仍有許多特殊場合除降噪外還需要通風，例如當代綠色建筑中自然通風已成為衡量的關鍵指標，但又會不可避免地給居民帶來伴隨的外界噪聲。為了達到通風且隔聲的效果，常見的策略是加裝鋪設有聲襯或是穿孔隔板的通風管道，實際應用時此類通風管道一般會設計成曲折蜿蜒的路徑，但在保證足夠降噪量的同時也會帶來較大的壓強差，進一步降低了通風效果。因此，通風隔聲裝置的設計中通常面臨著通風效果和降噪量的權衡問題。

聲學超材料這一新領域開始蓬勃發展，其獨特的亞波長尺寸以及功能特性在聲波操控上展現了絕對的優勢，如反常折射與反射、聲全息以及緊密型完美吸聲體等。近些年來聲學超材料的出現也為通風聲屏障的制備提供了新的可能性，使用局部共振單元(如Helmholtz共鳴器、薄膜以及1/4波長管)實現了在亞波長尺度的低頻噪聲控制。此外，在雙重結構的設計中利用Fano干涉在進一步改善裝置空氣流通效果的同時還保證了有效的低頻隔聲性能。然而，前者所利用的局部共振原理僅能作用在共振頻率處，而后者Fano共振意味著其僅在出現干涉的單頻點附近才有窄帶隔聲。然而，一般用于隔聲的超材料只聚焦于聲波的內部路徑設計，在結構的邊界折射率與空氣極不匹配，只能達到窄帶隔聲的效果。考慮到噪聲通常是寬頻帶的情況，設計一種寬頻帶的隔聲屏障仍然是一項巨大的挑戰。盡管已經有研究采用了多次共振的方法拓寬有效吸聲頻帶，但仍在一定程度上限制了帶寬或降低了通風效果。此外，傳統的通風隔聲窗通常由曲折的通風管道中鋪設吸聲材料或吸聲結構來組成，這增加了流阻，遠不如直接通風的路徑通風效果好。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種寬頻通風隔聲窗單元結構及其應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種寬頻通風隔聲窗單元結構，包括內部螺旋葉片、空心管和薄壁外殼，所述空心管的外壁固定連接內部螺旋葉片，所述內部螺旋葉片的外緣罩設薄壁外殼，所述空心管為剛性圓柱中空管，所述薄壁外殼為環形外殼。所述內部螺旋葉片包括設于空心管的外壁中央四周的固定螺旋層以及固定螺旋層兩側的號筒型螺旋層，所述固定螺旋層的螺旋葉片為固定螺距的葉片，所述號筒型螺旋層的螺旋葉片為螺距梯度變化的螺旋葉片。所述號筒型螺旋層的螺旋結構由空心管的中心開孔與號筒狀的螺旋板圍繞組成。所述號筒型螺旋層的螺旋葉片的螺距從靠近中間固定螺旋層的螺旋葉片的螺距向外側邊緣位置的螺旋葉片的螺距梯度增大。

所述固定螺旋層的螺旋葉片的螺旋路徑為：