气体钻水平井环空冲蚀能量分析

在建立水平井流动方程的基础上,通过气固两相流动基本数学模型的求解数值模拟不同工况条件下的气固混合物冲蚀能量,得出了冲蚀能量的变化规律。算例数值模拟显示:环空速度剖面主要由注气量大小决定,机械钻速的影响不大;相同注气量条件下,机械钻速降低与井下岩屑浓度等比例下降;注气量的增加能提高井眼净化程度,但不如降低机械钻速效果明显;环空总冲蚀能中气体冲蚀能量占绝对主要地位,岩屑冲蚀能量只占极小部分,在相同注气量条件下总冲蚀能量基本相同;岩屑冲蚀能量主要取决于机械钻速,机械钻速越大井底产生岩屑越多冲蚀能力越强,相同机械钻速条件下,较大注气量能提供较大岩屑运移速度,提高了岩屑冲蚀能量。     

镧对38CrMoAl钢氮化层组织和抗冲蚀磨损性能的影响

考察了在气体氮化渗剂中加入微量镧元素对３８ＣｒＭｏＡｌ钢氮化层组织,韧性及抗冲蚀磨损性能的影响。试验结果表明,含镧的氮化层的韧性和抗冲蚀磨损性能明显优于普通氮化层。这是由于镧在氮化时渗入到钢表层并发生微合金化,从而改善渗层的组织所致,采用扫描电子显微镜对冲蚀磨损试样表面形貌进行观察发现,普通氮化层的磨损机理为塑性变形及犁沟剥落,并伴随着横向裂纹的萌生和大块磨屑的剥落,而含镧的氮化层和磨损机理为塑性     

稀土对38CrMoAl钢软氮化层抗冲蚀磨损性能的影响

研究了稀土元素对38CrMoAl钢软氮化层抗冲蚀磨损性能的影响. 结果表明: 与软氮化相比, 稀土软氮化提高了38CrMoAl钢的抗冲蚀磨损性能, 同时提高了软氮化层的硬度以及钢的冲击韧度. 由于软氮化时稀土的渗入, 改善了渗层组织, 从而提高了38CrMoAl钢的抗冲蚀磨损性能和机械性能. 扫描电子显微镜对冲蚀磨损试样表面形貌的观察发现, 普通软氮化层的磨损特征为塑性变形形成的犁沟剥落, 并伴随着萌生横向裂纹, 有大块磨屑剥落; 而稀土软氮化层则为塑性变形形成的犁沟剥落.     

玻璃的冲击损伤

冲蚀过程是一个与颗粒反复冲击物体表面而移除物质相关的表面现象．本文研究了玻璃的冲蚀坑的几何尺寸和体积，给出了冲蚀移除物质如何依赖于颗粒流动速度、颗粒尺寸和冲击角的理论关系．通过理论与实验结果相比较，定义了一定冲蚀坑尺度的有效域．     

菱形颗粒冲蚀磨损特性试验及仿真研究

本文中针对单个硬质角形颗粒冲击金属材料表面的过程,设计了弹射试验装置,研究菱形颗粒冲击行为及冲蚀机理.采用高速摄像机,捕捉不同冲击速度v_i、冲击角度α_i和方位角度θ_i下颗粒的运动轨迹.建立了基于拉格朗日法的FEM-SPH耦合数值计算模型,借助于模型进一步分析了角形颗粒的运动学行为和变形凹坑形态.结果表明:冲击角α和方位角θ是决定颗粒旋转的关键因素,在某一固定冲击角αi下存在一个临界方位角θcr_i,当θiθ_(cri)时颗粒冲击后发生前旋旋转,当θ_iθ_(cri)时颗粒冲击后发生后旋旋转;冲击诱导的颗粒旋转对冲蚀机理的影响较大,颗粒前旋旋转对金属材料产生"耕犁"作用,后旋旋转对金属材料产生"撬起剔除"作用.颗粒的动能损失受到冲击角α_i和方位角θ_i的影响较大,临界方位角θ_(cri)下颗粒的动能损失最大,凹坑变形最严重.     

ZrO2添加量对ZTA陶瓷力学性能及冲蚀磨损行为的影响

以α-Al2O3、ZrO(NO3)2.2H2O和氨水为原料,通过高温煅烧制备了ZTA复相陶瓷材料,研究了ZrO2添加量对ZTA陶瓷物相组成、表面微观形貌、力学性能以及常温固体粒子冲蚀磨损性能的影响。结果表明:随着ZrO2添加量增加,材料的力学性能逐渐提高,当ZrO2添加量为10 vol%时,ZTA复相陶瓷抗弯强度和断裂韧性分别达461MPa和5.77 MPa.m1/2,相对于纯Al2O3陶瓷提升量达21.3%和64.9%。ZTA复相陶瓷材料的体积冲蚀率随着ZrO2添加量的增加而降低,当ZrO2添加量小于4 vol%时,其体积磨损率急剧下降,随后趋于平稳;随后当ZrO2添加量为10 vol%时,其冲蚀率达最低,为0.015 mm3/g。其中,纯Al2O3陶瓷材料的冲蚀磨损机制主要为横向裂纹相互交错导致材料的剥落,添加ZrO2后,其冲蚀磨损机制以塑性变形为主。     

等径角挤压后Ti5553钛合金的冲蚀磨损机理演变

本文中系统研究了经等径角挤压(ECAE)处理后的Ti5553钛合金在海砂环境中的冲蚀磨损机理演变历程和失效原因.发现Ti5553钛合金在高角度冲蚀工况下,其冲蚀磨损机理从初期的微切削转变为冲击挤压变形,并保持稳定;合金显微组织中弥散的α相以及ECAE工艺影响了冲蚀机理演变过程及冲蚀磨损程度;提高合金的强度、韧塑性对于抵抗冲蚀磨损起到了促进作用.     

辉石系矿渣微晶玻璃冲蚀磨损研究

采用熔融法以白云鄂博尾矿和粉煤灰为主要原料,制备了亚微米级辉石系矿渣微晶玻璃.采用XRD、SEM表征了其结构.以等量国产标准36#黑色SiC颗粒为磨粒,分别研究了该微晶玻璃在不同冲蚀角(30°～ 90°)、磨粒流量(0.22～3.9 g·s-1)、载荷(0.1 ～0.5 MPa)下的磨耗量变化规律.并通过冲蚀表面、剖面分析,单冲击实验和断裂分析研究了该微晶玻璃冲蚀磨损过程和机制.结果表明该微晶玻璃在相应冲蚀条件下,磨耗量随冲蚀角的增加逐渐增大;随磨粒流量的增加而减少;随着载荷的增加而线性增加.其冲蚀磨损去除方式以远大于晶粒的颗粒或残片脆性断裂为主导,部分冲蚀区域会产生冲蚀裂纹.断裂主要沿晶断裂或者穿过玻璃相断裂,也可能存在穿晶解理断裂.     

风沙环境下钢结构涂层低角度冲蚀特性研究

针对风沙环境中钢结构涂层长期受冲蚀,涂层破坏直接降低钢结构体系耐久性的现状,采用能模拟风沙环境的气流挟沙喷射法对钢结构涂层试件进行了低角度冲蚀试验,用失重测量法测定涂层冲蚀失重量与沙剂量和冲击速度关系,进而评定冲蚀程度,用扫描电镜(SEM)观测分析涂层冲蚀区的微观形貌来分析冲蚀机理,并提出了涂层冲蚀程度评价计算公式.结果表明:涂层冲蚀失重量随沙剂量和冲击速度的增大而增加;低角度冲蚀主要为微切削作用,材料硬度起决定因素,高角度冲蚀主要为冲蚀挤压变形作用,材料韧性起决定作用,由于涂层材料硬度低而韧性高,故在低冲角下其受冲蚀程度严重;验证了评价计算公式用于评价涂层冲蚀程度的可靠性.研究结果将为准确评价风沙区钢结构体系耐久性提供依据.     

冲蚀磨损与冲蚀、空蚀交互磨损的对比研究

基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,数值对比研究了在模拟水轮机工况中不同转速时,冲蚀与冲蚀、空蚀交互作用时,转盘表面的流场(压力场、流体浓度分布),然后在转盘式磨损装置上,进行了汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验.结果表明:对于冲蚀磨损来说,随着转速增加,压力增大,在冲蚀作用下加入空蚀磨损,压力增高,磨损加剧;而对于交互磨损来说,随着转速增加,转盘表面的空蚀磨损区域从空化孔附近开始沿着转盘旋转的反方向偏移,并且磨损程度加剧;数值计算的气泡较多且压力梯度较高区域和试验转盘磨损区域基本一致,数值计算结果和试验结果吻合得较好.