流动海水中铜镍合金管材的冲刷腐蚀行为

在自制的模拟人工海水管材冲刷腐蚀试验机上进行冲刷腐蚀试验,研究了B10铜镍合金管材在流动人工海水中的冲刷腐蚀行为。研究结果表明:当冲刷时间相同时,B10铜镍合金管材腐蚀速率随着水流速度的增加而变大,当模拟海水的流速达到3.0 m/s后,腐蚀速率迅速增大且合金表面破坏严重,有蚀坑出现。流速不同时钝化膜形成时间不同,当模拟海水的流速为1.5 m/s时,B10铜镍合金管材初期的腐蚀速率高于后期,冲刷96 h后开始形成钝化膜;当模拟海水的流速为3.0 m/s时,腐蚀速率达到最大,并且B10铜镍合金管材在冲刷192 h后才开始形成钝化膜,但是钝化膜很不稳定,容易被破坏。     

碳钢在液/固双相管流中的磨损腐蚀机理研究

文中利用自行研制的管流动态模拟试验装置 ,研究了碳钢在液/固双相流中的磨损腐蚀。结果表明碳钢在流动 5%河砂的双相 3.5 %NaCl溶液中 ,磨损腐蚀速度随流速的增加而显著地增大 ,没有出现像单相流中磨损腐蚀速度显著降低的流速区段 ,其磨损腐蚀过程仍主要受阴极氧扩散控制。在液/固双相流中 ,碳钢阻抗谱为双容抗半圆弧 ,且都出现低频收缩现象。对碳钢施加阴极电流 ,由于抑制了电化学因素 ,大幅度削弱了与流体力学因素的协同效应 ,使碳钢腐蚀大大减轻。证明了在双相管流中 ,碳钢磨损腐蚀过程仍主要受电化学因素控制。     

电弧喷涂防腐铝涂层耐蚀性能研究

利用电弧喷涂工艺在钢铁基体表面全部或部分地喷涂铝涂层,考察了涂层对裸露于腐蚀介质中钢材基体的防护作用,以失重法计算了静态腐蚀速度与动态腐蚀速度,并探讨了腐蚀机理.用扫描电镜(SEM)对铝涂层腐蚀前后的外表形貌进行了观察,并测定了涂层的孔隙率.研究结果表明,当腐蚀介质为NaCl溶液(其质量分数为5.0%)、实验温度为(50±1)℃、介质流速为1 m/s时,铝涂层的动态腐蚀速度为静态腐蚀速度的2倍.裸露于腐蚀介质中的钢铁面积增大,促使阴极去极化过程快速进行,腐蚀速度加快,涂层防护寿命缩短.涂层表面上氧化膜的自愈能力及涂层表面上沉积的白锈具有阻碍铝作为阳极牺牲从而保护阴极的功效.涂层中的贯通孔隙对削弱铝涂层的防护作用,随腐蚀过程进行而逐步减弱.     

上倾管内油水两相流流型实验研究

国内多条成品油输送管道在投产和运行过程中,采用“水联运”投产方式所造成的上倾管道低洼处积水现象引起了严重的管道内腐蚀问题。利用上游来油将低洼处积水携出管道能有效缓解内腐蚀。采用0#柴油、去离子水在内径100 mm的上倾管道内观察油水两相流流型并测量油携水临界流速。结果表明,随油流黏性力增大和管道倾角增大,油水两相流依次呈现波状分层流、有水滴的波状分层流和油相占主导的分散流3种流型;同一流型下,油相能将水相携入上倾段的最低临界流速随倾角增大而增大;倾角从20°增大到25°使流型从波状分层流转化为有液滴的波状分层流时,油相能将水相携入上倾段的临界流速从0.203 m/s减小为0.187 m/s;倾角从30°增大至35°时,使初始流型从有液滴的波状分层流转换为水相在油相中的分散流,油相能将水相携入上倾段的临界流速从0.205 m/s减小为0.194 m/s;油相能将水相完全携出上倾段的临界流速随倾角增大而略有增大;发生流型转化的流速随倾角增大而减小。     

模拟泥沙海水冲刷环境下3C钢的腐蚀电化学行为

建立了实验室模拟海水冲刷腐蚀测试系统,采用极化阻力和电化学阻抗谱(EIS)等测试技术,研究了模拟实海流速冲刷环境下3C钢的腐蚀电化学行为以及流速和泥沙含量对3C钢腐蚀行为的影响.结果表明:在模拟实海流速≤0.80 m/s、泥沙质量分数≤1.50%o时,3C钢在无泥沙和含泥沙海水中的EIS特征都为单一容抗弧;腐蚀电位随着流速的增加而升高,极化阻力则随流速的增加而减小,说明流速的增加加速了3c钢的腐蚀;泥沙含量的增加增大了表面冲刷作用,导致3C钢的腐蚀速率略有增大.     

低速重载齿轮的磨损研究

本文在试验的基础上对圆周速度V=1～4m/s的齿轮传动进行了磨损研究。试验表明:V=1～4m/s低速重载齿轮处于边界润滑状态,其磨损速率与圆周速度有关,且存在一最恶速度值,当齿轮处于最恶速度运行时磨损速率最大。为提高齿轮的使用寿命,应避免齿轮在最恶速度附近运行。最恶速度值与齿轮的运行条件有关,如载荷、润滑油、齿面状况、材料及热处理等。在试验条件下,最恶速度值在V=1.13～1.41m/s,文本对最恶速度现象进行了分析,认为最恶速度值与边界油膜中的局部涡流有关。     

考虑流固耦合的深海采矿长输流硬管力学行为

利用Workbench软件建立深海采矿长输流硬管的流固耦合有限元模型,研究管长、顶端张力等因素对其固有频率的作用效果;分别在内流和外流作用下对硬管进行流固耦合动力学仿真,研究内流流速、内流密度、外流流速等对其力学特性的作用。研究结果表明:扬矿硬管的固有频率随着硬管长度的增加而降低,随着硬管所受的顶端张力的增加而增加;在内流作用下,扬矿硬管的最大侧向位移和最大主应力随着内流速度增大而增大,随着内流密度的增大而增大;在外部海流作用下,扬矿硬管的最大侧向位移和最大主应力随着外部海流速度增大而增大;为确保扬矿子系统高效平稳地工作,建议内流流速在合适的区间(如2.5~3.5 m/s)内变动,且整体深海采矿系统应在外部海流速度小于0.8 m/s条件下作业。     

水轮机过流部件材料的冲蚀磨损腐蚀及其交互作用

通过对含沙水域水电站水轮机过流部件的4种典型材料(55钢、20SiMn、1Cr18Ni9Ti和0Cr13Ni5Mo)在冲蚀磨损过程中的电化学腐蚀及冲蚀磨损性能研究,区分出纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量及腐蚀对磨损的促进分量在材料失效过程中各自所占的比例,考查了试验材料的冲蚀磨损特性以及磨损与腐蚀间的交互作用,分析了失效机制,结果表明:材料的冲蚀磨损质量损失率随冲蚀速度和浆料含沙量的增加而增大;冲蚀角在0°～45°范围内变化时,冲蚀磨损质量损失率随冲蚀角增大而增大,当冲蚀角超过45°后,质量损失率随冲蚀角增大而减小;在多泥沙冲蚀磨损条件下,材料纯磨损的质量损失占总质量损失的62%～92%,是材料破坏的主要方式,腐蚀是次要的;磨损对腐蚀的促进作用随冲蚀强度的增大而加强,其对材料流失的作用不可忽视.     

600MW机组锅炉省煤器出口后包覆管磨损分析

采用三维模型对600 MW锅炉内部气固两相流场进行模拟,研究锅炉烟道烟气流场分布、飞灰运动和浓度分布等因素对烟道尾部锅炉管束的磨损的影响.根据模拟分析的结果,提出相应的防磨优化措施.研究结果表明,受附壁效应的影响,后包覆管处靠近后墙和侧墙的烟气中飞灰浓度较大,同时,由于烟道尾部气流通道变窄,气流速度增大,使颗粒在后包覆管上碰撞速度增大,管束上方气流速度最大值达到15 m/s,而颗粒在管束上碰撞最大速度也超过10 m/s,因此,引起后包覆管处磨损速率较大,第1层管束较大面积内磨损速率达到1 mm/a,最大值达到3 mm/a.     

基于DDPM模型的高压管汇冲蚀磨损数值模拟

为探究考虑颗粒间相互作用的高压管汇冲蚀磨损机理，通过计算流体力学方法研究了高压管汇固液两相流的速度、压力、湍动能和湍流耗散率，通过正交试验设计25组仿真，对比分析DDPM模型和DPM模型的数值模拟结果，得到工况参数、空间夹角、颗粒特性对高压管汇冲蚀速率的影响规律。结果表明：在用CFD方法对高压管汇进行冲蚀磨损数值模拟时，DDPM模型对高压管汇岐型三通冲蚀磨损的预测精度好于DPM模型；空间夹角在60°～90°时，最大冲蚀集中在三通相贯线和相贯线两侧面；空间夹角在30°～45°时，最大冲蚀集中在三通相贯线处；随着颗粒形状系数减小，流速4 m/s到12 m/s，冲蚀速率逐渐增大，最大冲蚀速率变大1.4倍，并在流速最大时达到峰值；结论可为高压管汇结构优化和剩余服役寿命预测提供理论支撑。     

600MW机组锅炉管排偏斜引起的磨损模拟分析

以商用软件Fluent为平台,运用用户自定义函数(UDF)模拟分析600 MW机组锅炉低温再热器管排发生偏斜对气固两相流场分布、飞灰运动轨迹、碰撞速度等的影响,进一步研究飞灰碰撞造成的管束磨损分布.研究结果表明:当管排偏斜角从1.6°增加到6.5°,管排通道内最大气流速度由16 m/s增至20 m/s,最大飞灰质量浓度由5.8 g/m3增至6.8 g/m3.同时颗粒平均碰撞速度增大,较多颗粒平均碰撞角集中于最大磨损发生角附近,造成偏斜管束年磨损量有较大增加.     

超级13Cr钢液固两相流体冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因.利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响.研究结果表明,冲蚀时间在90～120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加.研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考.     

28Cr铸铁冲蚀磨损过程中碳化物及基体的作用机理

利用高速液/固双相流冲蚀磨损试验机模拟不同试验条件,对改性28Cr高铬铸铁进行了不同冲蚀速度下的抗冲蚀磨损性能研究,着重讨论了该材料奥氏体基体的形变强化机理.研究结果表明:改性28Cr高铬铸铁材料中的高硬度相碳化物发挥了优越的抗磨削作用,同时保护了基体;在34m/s和45m/s冲蚀速度下,后者的冲蚀磨损量及增加速度远大于前者的,同时相变马氏体的相对体积分数从试验前的16 3%分别增加到42 2%和73 6%,冲蚀磨损过程中亚表面变形层内基体产生的相变和位错密度增加等形变强化是该材料耐冲蚀性能优异的另一重要原因.     

多孔氧化铝陶瓷内高温流体的流动及传热特性

通过仿真模拟的方法研究了模拟烟气、水蒸气及含尘烟气三类高温流体在多孔氧化铝陶瓷材料内的流动及传热特性。结果表明:随孔隙率增大,流体平均流速加快,流体进出口温降逐渐减小。三类流体中,水蒸气流速最大,在最大孔隙率下其流速达到66.64 m/s;烟气温降最显著,当孔隙率为0.3时,其进出口温差达到最大值85.6 K。随压差的增大,流体流速加快,其中受粉煤灰颗粒影响的含尘烟气流速增幅较小,流速仅从0.23 m/s增至0.93 m/s;另一方面,压差增大导致流体与壁面的热传导减少,模型内流体温降减小。含尘烟气流体扰动较大,当增大孔隙率和压差时,流速呈线性增长;尽管粉煤灰颗粒的存在强化了传热,但流体分子间的相互作用使得含尘烟气温度变化显著。     

温度对3%Cr管线钢CO_2腐蚀产物膜的影响

经济型低Cr合金钢具有较好的抗CO2腐蚀性能,利用高温高压反应釜研究了3%Cr管线钢的CO2腐蚀行为,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等对腐蚀产物膜的微观形貌、化学成分以及结构进行分析,探讨了温度对3%Cr管线钢腐蚀产物膜的影响.结果表明,CO2分压0.8 MPa、液体流速1.0 m.s-1时,在40～140℃范围内,3%Cr管线钢均未发生局部腐蚀,其平均腐蚀速率呈先升高后降低的趋势,峰值温度在100℃左右.3%Cr管线钢的腐蚀产物膜具有两层结构:内层膜为致密的富Cr层(Cr富集程度可高达Cr/Fe=8/5),主要由含Cr化合物和非晶态FeCO3构成,并随着温度的升高,Cr富集程度增加,内层膜厚度降低;外层膜则由晶态FeCO3堆积而成.     

压裂工况下T型三通冲蚀影响数值模拟

研究水力压裂工况下T型三通的冲蚀。基于FLUENT内置的DPM模型探究流速、质量流量、粒子直径、进出口流通方式对T型三通冲蚀的影响。结果表明：内部流速与冲蚀率的变化关系呈现幂函数关系,且曲线中存在冲蚀影响临界流速。液体流速小于临界流速,流速的增加引起冲蚀程度增加较不明显,当流速超过临界流速,引起冲蚀率的急剧增加。支撑剂颗粒粒径与冲蚀率的变化关系呈正相关。汇流状态下的冲蚀率最大,分流状态下的冲蚀率最小。汇流状态下的冲蚀率最大是分流状态下的30.7倍;既不分流也不汇流状态下的最大冲蚀率可以达到了分流状态的冲蚀率的5.4倍。     

机车用折角式过滤器特性的数值模拟

研究了不同风速下通道宽度、折角角度及折角个数对机车用折角式过滤器阻力的影响,重点分析了高风速(≥5m/s)下过滤器的性能.结果表明:高风速下,16mm通道宽度过滤器的阻力增加迅速,对16mm和20mm通道宽度的过滤器而言,在6.5m/s风速下,间距增加25%,阻力减少36%.折角角度的改变会显著影响过滤器的阻力,在高风速下这一特征更加明显.在相同通道宽度,通道长度减少29%的情况下,二折角过滤器的阻力较三折角过滤器平均减少40%.在高风速、低阻力使用条件约束下,可依据研究结果设计过滤器几何参数,将折角过滤器作为多级过滤的第一级.     

不同风速下风力机叶片的振动特性研究

针对风力机叶片在正常工况下运行时受到周期性的气动力导致叶片发生振动,降低叶片使用寿命的情况,研究了风力机叶片在不同风速下的振动特性。选取不同风速条件下的5种工况 (风速范围为15~40 m/s),选用CFD方法对NREL PHASE VI叶片进行模拟计算,获取不同风速下的振型和振动位移曲线。结果表明：叶片的主要振型是挥舞和摆振,高阶叶片振型存在着弯曲和扭转组合的复杂变形;来流速度从15 m/s增大到40 m/s时,叶片吸力面的压力分布不均匀性不断提高,来流速度为40 m/s时最大压力差值约达到3 000 Pa;来流速度为15 m/s时振幅最小为0.525 4 mm,来流速度为40 m/s时振幅最大,为3.628 2 mm,约是最小振幅的6.9倍;5种工况的振动曲线均呈现衰减趋势,叶片趋于稳定振动;当来流风速越大时,由来流风所产生的气动力对叶片的作用力越大,叶片的振幅呈现增大的趋势。研究结果可为风力机设计提供参考。