超级13Cr钢在液固两相流体中的冲蚀实验研究

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。     

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.     

汽轮机低压末级叶片腐蚀原因分析及其表面防护处理

随着电站汽轮机大容量化,叶片的安全可靠性和保持高效率显得尤其重要。叶片是汽轮机的关键零件之一。它在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、蒸汽力、蒸汽激振力、腐蚀和振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀的共同作用。因此很有必要及时调查研究、分析、总结叶片尤其是末级和调节级叶片发生的各种损伤原因及防止发生损伤的各种措施。本文着重研究分析汽轮机徽压末级叶片腐蚀原因及其表面防护处理。     

锌液流速对Fe-B合金耐锌液冲蚀性能的影响

采用圆盘旋转技术,研究了锌液流速对Fe-B合金耐锌液冲蚀性能和冲蚀界面形貌的影响。在锌液温度和冲蚀角度一定时,随锌液冲蚀速度的增加,与316L不锈钢相比,Fe-3.5B(质量分数,%)合金的冲刷腐蚀率呈现较为缓慢的线性增加趋势,表现出低的锌液冲蚀率。在较低的锌液冲蚀速度下,Fe-B合金的冲蚀率仅为316L不锈钢的1/3,传质过程主要通过锌液在Fe2B网状间隙中的物理流动而进行;而在较高的锌液冲蚀速度下,Fe-B合金的冲蚀率远低于不锈钢,表现出更优异的抗锌液冲蚀性能,此时的传质方式主要是铁、锌原子在界面前沿直接的扩散反应。界面形貌分析表明,Fe-B合金良好的抗锌液冲蚀性能得益于冲蚀初期基体快速腐蚀所产生的界面前沿裸露、密集Fe2B抗蚀骨架对流动锌液良好的隔离、阻挡效应。     

井下管柱钢材冲蚀-CO2腐蚀耦合试验

采用自行设计的高温高压冲蚀-腐蚀耦合试验装置,进行井下管柱钢材的冲蚀-CO2腐蚀耦合试验,研究不同工况下N80钢和13Cr钢的冲蚀-腐蚀耦合作用,测试CO2分压、含砂质量分数、砂粒粒径、流体流速等对冲蚀-腐蚀速率的影响.结果表明:具有较高抗CO2腐蚀能力的钢材,其抗冲蚀-腐蚀耦合的能力也较好;在CO2分压为0～5 MP...     

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.     

高风速下腐蚀翼型的气动特性研究

外场工作风力机叶片会受到环境腐蚀,导致风力发电机气动性能下降,发电效率降低.为研究腐蚀翼型的气动性能变化,建立9种腐蚀模型,计算4种风速(30m/s、35m/s、40m/s、45m/s)下腐蚀翼型的气动性能,分析翼型形状与腐蚀位置的变化对翼型气动性能的影响.数值模拟结果表明来流风速与翼型的升阻力成线性关系;S803翼型...     

锌液流速对Fe-B合金耐锌液冲蚀性能的影响简

采用圆盘旋转技术,研究了锌液流速对Fe-B合金耐锌液冲蚀性能和冲蚀界面形貌的影响。在锌液温度和冲蚀角度一定时,随锌液冲蚀速度的增加,与316L不锈钢相比,Fe-3．5B （质量分数,％）合金的冲刷腐蚀率呈现较为缓慢的线性增加趋势,表现出低的锌液冲蚀率。在较低的锌液冲蚀速度下,Fe-B合金的冲蚀率仅为316L不锈钢的1/3,传质过程主要通过锌液在Fe2 B网状间隙中的物理流动而进行;而在较高的锌液冲蚀速度下,Fe-B合金的冲蚀率远低于不锈钢,表现出更优异的抗锌液冲蚀性能,此时的传质方式主要是铁、锌原子在界面前沿直接的扩散反应。界面形貌分析表明,Fe-B合金良好的抗锌液冲蚀性能得益于冲蚀初期基体快速腐蚀所产生的界面前沿裸露、密集Fe2 B抗蚀骨架对流动锌液良好的隔离、阻挡效应。     

水电工程中不锈钢材料冲蚀磨损与腐蚀的交互作用

通过水轮机目前应用较多的不锈钢材料在冲蚀磨损过程中电化学腐蚀及抗冲蚀磨损性能的研究，区分出了纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量，及其腐蚀对磨损的促进分量等在材料失效过程中各占的比例。考察了试验材料的抗冲蚀磨损特性及其磨损与腐蚀间的交互作用，并对其失效机制进行了探索性分析。结果表明：在不同的冲蚀速度下，0Cr13Ni5Mo不锈钢的冲蚀磨损失重率小于1Cr18Ni9Ti不锈钢材料；试验材料在冲蚀磨损总失重率中，纯磨损率是占主要的；随着冲蚀速度的增加，磨损对腐蚀的促进作用也增加，同时也加强了腐蚀对磨损的促进作用。     

中铬钢堆焊层冲蚀腐蚀磨损特性

本文以中铬钢为对比材料，对三种焊条堆焊层在不同介质、冲蚀角度下浆体冲蚀腐蚀磨损特性进行了研究．结果表明：新研制的堆焊ｌ＃堆焊层的浆体冲蚀腐蚀磨损抗力与中铬钢相当，并依次高于Ｄ６０８和Ａ１３２堆焊层；除Ａ１３２堆焊层外，随着介质ＰＨ值升高，其冲蚀腐蚀磨损抗力增强；当冲蚀角度为９０°时，堆焊层的浆体冲蚀腐蚀磨损抗力显著高于冲蚀角度为６０°时。     

稠油输送管道90°弯管的冲蚀模拟分析

为了研究重质稠油内砂粒对弯管的冲蚀作用,以90°弯管为研究对象,运用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）软件建立液固耦合的离散相冲蚀模型（discrete phase model,DPM）,利用SIMPLEC算法计算得到不同温度、砂粒粒径及质量流率下重质稠油输送管道弯管处冲蚀速率的变化规律。结果表明,同一流动状态下,随着温度升高,重质稠油的黏度及90°弯管的冲蚀速率皆呈指数递减趋势,最大冲蚀点出现在弯管90°方向线与侧壁面中线交点处;湍流流态下,90°弯管的冲蚀速率随砂粒粒径的增大而减小,稠油的黏性力对大粒径砂粒的束缚作用明显,冲蚀速率较低;湍流流态下,冲蚀速率随砂粒质量流率增加而增大,近壁面处砂粒与稠油间形成的黏性微团层对质量流率增加所引起的冲蚀具有一定缓解作用。     

弯管中气固两相流冲蚀模拟研究

以某含有固体杂质微粒的输气过程为研究背景,运用ANSYS-FLUENT软件中E/CRC冲蚀磨损模型,对输气管道中的90°弯管进行气-固两相流的模拟计算,讨论不同的气体速度、固体杂质微粒的质量流率以及固体杂质微粒的微粒粒径对弯管的冲蚀磨损的影响.分析结果表明:气体入口速度越大,90°弯管的冲蚀率越大;固体杂质微粒质量流率越大,90°弯管的冲蚀率越大;当微粒粒径小于某一临界值时,微粒粒径越大,冲蚀率减小,当微粒粒径大于这一临界值时,微粒粒径越大,冲蚀率越大.在工程应用中可用于气体运输管道的检测,节约检测成本,提高管道输气的安全性.     

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。     

气固混合流对集输管道弯管的冲蚀模拟

针对含砂天然气对长输管道弯头处的冲蚀现象,以90°弯管为例,运用单向耦合冲蚀模型及控制变量法分析颗粒质量流率、流体进口流速、颗粒粒径及重力场对弯管的冲蚀作用,结果表明：在非重力场中,弯管的冲蚀区域主要集中在拐角大弧面区,且呈椭圆形分布;随颗粒质量流率的增加,最大冲蚀速率拟合曲线呈线性正相关;随流体进口流速的增加,最大冲蚀速率拟合曲线呈非线性指数相关,指数系数为0.305 8;随颗粒粒径的增加,最大冲蚀速率呈先减小后增大再减小的变化趋势;相同条件下,在重力场中弯管的冲蚀集中区域与非重力场相同,但最大冲蚀速率明显增大,且冲蚀区域发生变化;当重力为沿出口法向正向时,冲蚀区域由椭圆形变为圆形,并伴有二次冲蚀集中现象,当重力为沿出口法向反向时,冲蚀区域由椭圆形变为三角锥形。     

渐缩型气动喷砂喷嘴冲蚀模拟分析

为研究气动喷砂枪喷嘴喷射颗粒对自身造成的冲蚀磨损情况,通过选取渐缩型气动喷砂喷嘴为研究对象,运用CFD软件对其内部流场及颗粒运动特性进行模拟分析;通过改变收缩角度、颗粒粒径及颗粒质量流率进一步分析影响喷嘴冲蚀速率变化的规律。结果表明:喷嘴的冲蚀区域主要集中在收缩段及收缩段与出口段交界面处;以收缩角度为30°、45°、60°的喷嘴为例,随收缩角度的增加,冲蚀区域出现"逆向发展";随颗粒粒径的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈现先下降后上升的"U"形变化趋势,且其最低点所对应的粒径与收缩角度成反比;随颗粒质量流率的增加,喷嘴最大冲蚀速率呈上升趋势,但并未呈现线性关系。     

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.     

1Cr9Mo钢高速气-固两相流冲蚀磨损

采用自制的激波驱动气-固两相流冲蚀磨损试验装置,选取SiO2、Al2O3和SiC颗粒,对煤化工常用材料1Cr9Mo钢进行高速气-固两相流冲蚀磨损试验研究.结合试件表面冲蚀磨损形貌,分析冲击速度、冲击角度、颗粒硬度、颗粒粒径、试件温度等因素对材料的冲蚀磨损率的影响.结果表明:在20 ℃和400℃下,1Cr9Mo钢的最大冲蚀磨损率均出现在15°～25°的冲蚀角之间,体现出典型塑性材料的冲蚀磨损特征;低角度冲蚀时磨损机理以颗粒的切削作用为主,高角度冲蚀时颗粒垂直撞击材料表面产生凹坑并致使凹坑周围的片状物碎屑从材料表面剥离;试件冲击速度指数在2.3 ～3.2范围内,磨损率受颗粒硬度影响较大;在相同冲蚀条件下,硬度较高的Al2O3和SiC颗粒对试件的磨损率比SiO2颗粒高一个数量级;磨损率随颗粒粒径的增大呈现先递增后下降的趋势;在400℃时SiO2颗粒对试件的冲蚀磨损率明显提高,磨损率最大值约为20℃时的3倍.     

采用内嵌边界方法模拟错列管束的磨损

采用内嵌边界方法,模拟研究了不同Stokes数St的煤灰颗粒穿过槽道中10×11错列不锈钢管束时的运动情况及其对管束的磨损规律.其中,流场与管束之间的耦合采用内嵌边界技术描述,颗粒的运动采用拉格朗日轨道模型求解.结果表明,不同St的颗粒有不同的运动特点,对管束造成的磨损也不同.第1排管束的平均磨损量在St=0.01,0.1时都较小,此后磨损量随着St的增大而增大.St=0.1时,第1排圆管的磨损量最小.靠近槽道壁面两列管束的平均磨损量大于中间管束,需加强防磨措施.     

实验室砂尘颗粒冲蚀-腐蚀交替试验技术研究进展

 调研了砂尘环境、砂尘颗粒冲蚀相关的试验方法,着重对比砂尘流高速冲击试样方法的相同点和主要区别,确定了喷磨试验方法更适合开展压气机叶片、风扇叶片的冲蚀试验研究。冲蚀试验设计采用 GJB 241A-2010、GJB 242A-2018所示成分和粒度的砂尘,通过控制送砂速率和试验时间达到实际服役中压气机转子叶片、风扇叶片的砂尘作用量,当量发动机使用1年的砂尘冲刷环境。另外,采用砂尘颗粒冲蚀试验与GJB 150.11A-2009盐雾试验交替的方案更贴近实际环境。     

Preparation and anti atomic oxygen erosion properties of OPPOSS/PI composites

Atomic oxygen (AO) found in low earth orbit can cause serious erosion to polyimide (PI) materials, which greatly limits their lifetime. 8-phenyl silsesquioxane (OPPOSS) was synthesized, and OPPOSS/PI composites were prepared by physical blending, followed by thermal imidization to enhance the AO erosion resistance of PI materials. The morphology, composition, and structure of the composites were analyzed before and after AO exposure in a ground simulated facility of atomic oxygen. After 16 h AO exposure, the OPPOSS/PI composite with 5wt% OPPOSS addition shows an erosion rate of about 1.4×10?24 cm3/atom with only 48% mass loss of that of PI without OPPOSS addition. The mixture of OPPOSS nano molecules is assembled into a kind of regular square structure and distributed evenly in OPPOSS/PI composites. Some SiO₂ particles are formed in the composites during AO exposure, which can act as “inert points” to reduce the AO erosion rate of OPPOSS/PI composites.