锅炉排气消音器（小孔喷注式高压锅炉排气消音器）使用效果分析 

      锅炉排气消音器（小孔喷注式高压锅炉排气消音器）使用效果分析，为了减小高压气源系统排气放空时噪声对环境的影响，该文设计了一种多级节流—小孔喷注高压排气消音器，在结构上采用内衬吸声材料。通过建模、描绘声强流线分布等环节进行声学分析，并通过对收底部位进行金相分析来验证设计效果。结果表明，该锅炉排气消音器（小孔喷注式高压锅炉排气消音器）在中高频段具有优良的消声效果，其收底部位的良好晶粒尺寸能有效避免裂纹产生。
     高压排气消音器是一种对排出的高压气体进行消声降噪的装置。在现代工业和军工国防等领域，随着对降噪要求的不断提高，高压排气消音器需要承受的压力不断增加，生产出能够承受高压力的排气消音器是提高产品竞争力的前提和基础。目前，在国内外对消音器的研究中，利WO2018067321-A1采用纤维材料填充旋转消音器的结构，Williams等人设计了混合反应消散式消音器，HuangHP等人采用穿孔和吸声材料填充消音器，以上研究均取得较好的消声效果。为进一步提高消音器的消声效果，该文根据小孔喷注理论和多级节流降压理论，设计了一种多级节流—小孔喷注高压排气消音器，并以良好综合性能的304不锈钢作为内衬消声材料，用UG建立消音器整体模型，采用用ANSYS软件进行声学模拟，并与中空消音器进行对比。同时，对实现消声功能的关键位置——收底部位采用金相显微镜进行观察，查看晶粒尺寸的大小情况，从微观组织角度检验其是否满足消声要求。
1锅炉排气消音器（小孔喷注式高压锅炉排气消音器）的消声模拟
1.1消声体模型定义及其有限元模型建立
     高压排气消音器的结构设计，建立三维结构模型。在建模中做出以下4种假设。
     1）内压力均匀分布在高压排气消音器内表面，外压力均分布在高压排气消音器外表面。
     2）高压排气消音器材料各向同性。
     3）高压排气消音器在径向和轴向没有发生移动。
     4）忽略高压排气消音器的自重和内部所通气流的重量。
     使用Delany-Bazley模型的基本系数构建域方程，并设置边界条件，入口处压力为35MPa，采用频域分析的方法，分析频率设定在50Hz~20000Hz。压力声学模型采用线弹性波，内部消音器结构采用多孔Delany-Bazley-Miki声音材料模型。
     通过一系列的布尔运算，将各部分组成为一个整体，终获得整体结构的几何模型。
1.2含内衬吸声材料消音器的声学性能分析
     按照图1对含内衬的高压排气消音器进行网格划分，划分网格一般受结构模型和计算精度的影响，为了保证精度，应当在小孔和薄壁结构处进行网格细化。为了保证计算的速度，需要尽量使用规则网格进行单元的划分，采用四面体网格进行自由划分，长度方向按0.1m的大小划分网格，圆面方向按0.05m的大小划分网格。图1为在50Hz～20000Hz内6个典型频率（100Hz、1000Hz、3000Hz、6000Hz、12000Hz、16000Hz）下的声强流线分布图，其中流线代表局部速度。由图1可见，在低频及中低频处流线能量方向一致、数量多，且声压强度从入口处的4.5×106Pa骤降到消声棉部分的0.5×106Pa，说明内衬吸声材料在低频及中低频处发挥了很好的消声作用。而多级消声体内的速度下降不明显，且能量流并不散乱，证明多级消声体在该频率范围内发挥的作用不大。在中频到高频的范围，随着频率的升高，速度总体逐渐变慢，且能量流方向逐渐趋于杂乱，声压强度从基本维持在0.5×107Pa，说明在该频率处多级消声体发挥了很大的消声作用。依靠多级消声体分散能量流，再经消声棉进一步消声，逐步散耗能量以达到消声的效果。
2锅炉排气消音器（小孔喷注式高压锅炉排气消音器）壳体收底部位金相组织分析
     高压排气消音器壳体收底完成后，对收底部位进行组织观察，因为收底部位是旋压成型，因此，要取不同半径上的点。取4个部位，观察截面金相组织，研究热成型对微观组织的影响。晶粒度差别不大，但是由于各部位塑性变形情况不同，加上翻板旋压摩擦也会产生较大热量，因此晶粒尺寸随着变形量的增加而变大。
     对比GB/T6394—2002《金属晶粒度评定图谱》，原始组织和封口组织晶粒度等级分别为有孪晶晶粒等级中的5级和1级，晶粒在热成型后明显长大，判定温度对奥氏体晶粒的长大有很大作用。锻态试样在高温下保温2h后进行固溶处理，通过金相观察发现在长时间保温下，晶粒长大临界温度为1175℃。随着温度的不断升高，碳化物在晶界上聚集长大，当温度持续升高时，碳化物逐渐溶解，不能钉扎晶界，有长大趋势大的晶粒便会择优长大，形成混晶。
     对锅炉排气消音器（小孔喷注式高压锅炉排气消音器）壳体的收底部位进行金相组织分析，对比可以看出，晶粒度差别不大，晶粒尺寸大小与消声设计要求基本一致。但由于各部位塑性变形情况不同，加上翻板旋压摩擦也产生较大热量，因此晶粒尺寸随着变形量的增加而略微变大，但总体均满足设计要求。
     加入内衬吸声材料后的锅炉排气消音器（小孔喷注式高压锅炉排气消音器），总体上在各频段的消声能力都较中空高压排气消音器有所提升，而且弥补了在衰减骤降处无法有效消声的缺点，且消声能力好的频段在高频段。其次，对壳体收底部位进行晶粒尺寸分析发现，各部位的晶粒度差别较小，但因各部位塑性变形情况不同，晶粒尺寸随着变形量的增加而略微增大，但晶粒尺寸均满足设计要求，其细小晶粒有助于避免消音器在排气过程中，因温度降低或受到外力作用产生裂纹或其他形式的失效。