液滴冲击侵蚀问题的力学理论研究

本文分析了液滴冲击固体表面的流体动力学过程，建立了适用于高速撞击条件的非线性激波理论模型。模型可以计算所有撞击参数，并能够考虑固体的可压缩性。模型采用无量纲形式，为工程计算提供了简明的方法，具有很大的通用性和实用价值。     

聚氨酯-Si3N4陶瓷复合材料浆体冲蚀磨损性能研究

利用聚四氢呋哺醚二醇和甲苯二异氰酸酯反应得到预聚体，将预聚体同经过表面处理的Si3N4陶瓷粉末共混，利用模压硫化和常温硫化制得聚氨酯-Si3N4陶瓷复合材料；采用LJ-500型拉力试验机测定了所制备的聚氨酯-Si3N4复合材料的抗拉强度和断裂伸长率；采用MSH型冲蚀磨损试验机对比考察了聚氨酯、2Crl3钢、45^#钢及聚氨酯-Si3N4复合材料的抗冲蚀磨损性能；采用扫描电子显微镜观察了冲蚀磨损表面形貌，探讨了Si3N4陶瓷粉末增强聚氨酯弹性体的冲蚀磨损机理．结果表明：聚氨酯-Si3N4复合材料的抗冲蚀磨损性能显著优于2Crl3钢和45^#钢；当Si3N4粉末质量分数为5％～10％时，相应的聚氨酯-Si3N4复合材料的抗冲蚀磨损能力同聚氨酯弹性体相比提高80％以上；聚氨酯／Si3N4陶瓷粉末复合材料主要冲蚀磨损机制为Si3N4聚集体或附聚体的溃裂脱落．     

不同钢轨材料的风沙冲蚀磨损与损伤行为研究

随着铁路的快速发展,风沙地区的铁路线路分布越来越广,在本文中采用气流喷砂式冲蚀试验机以天然混合沙对不同钢轨材料的风沙冲蚀磨损与损伤行为进行了研究. 结果表明:钢轨材料的冲蚀率随着冲蚀角度的增加先增加后减少;最大冲蚀率出现在30°~45°之间;抗风沙冲蚀磨损性能依次为热处理过共析钢轨>热处理U78CrV>热轧U71Mn>热处理U75V>热轧U75V;延性对热轧钢轨材料的抗冲蚀磨损性能的影响大于硬度,而硬度对热处理钢轨材料的影响大于延性,在线热处理可以提高U75V钢轨的抗冲蚀磨损性能;钢轨材料冲蚀损伤的主要特征为片屑、蚀坑、塑性流动及裂纹;钢轨材料在风沙冲蚀下展现出延性冲蚀模式,其材料去除机制主要为成片机制.      

输气管路弯头内壁面冲蚀进化的试验和数值模拟研究

砂粒的连续冲击使输气管路弯头内壁面连续不均匀地发生着冲蚀进化现象.本文作者基于3D成像技术精确描述了R/D=1.5弯头内壁冲蚀进化过程,并采用CFD方法对该过程进行了数值模拟研究.结果显示,随着颗粒冲击,磨损严重的区域向弯头圆心角高角度扩散的速度较大;通过修正Schiller Naumann拽力系数模型可较准确地模拟弯头的冲蚀进化过程(平均误差小于0.15 mm).以上工作对管路的完整性评价具有重要意义.     

低碳贝氏体微观组织形态对冲蚀磨损性能的影响

通过热处理改变低碳贝氏体钢中的奥氏体及其转变物(下称M/A)分布形态,调整钢响应载荷时的微观应力集中位置,并用弹塑性力学理论揭示了贝氏体钢较高的抗冲蚀磨损性能的力学机理.对比研究了相同化学成分贝氏体、珠光体和马氏体的冲蚀磨损性能,发现珠光体和马氏体因强度、韧塑性无法达到最佳匹配,其抗冲蚀磨损性能均不如贝氏体.在贝氏体钢中,粒状M/A贝氏体的应力集中位置使得冲蚀裂纹显著地向试样心部扩展,降低了抗冲蚀磨损能力.薄膜状M/A贝氏体的应力集中位置不利于表面裂纹向试样心部生长,实现了较高的抗冲蚀磨损性能.     

石油防砂割缝筛管的冲蚀磨损性能研究

以直径为0.1～0.6 mm的石英砂为磨料,黏度为10 mPa·s的原油为携砂液,在自制的冲蚀磨损试验装置上研究了含砂原油对石油防砂割缝筛管的冲蚀磨损性能,采用LW200-4CS数码倒置金相显微镜观测了筛管缝口表面的冲蚀磨损形貌;利用曲线拟合方法建立了割缝筛管冲蚀磨损率与原油流速、砂粒直径、砂粒浓度、冲蚀角之间关系的数学模型.结果表明:筛管的冲蚀磨损率随含砂原油流速的增加而成指数关系增加;开始时随着原油中所携带砂粒直径和浓度的增加,筛管的冲蚀磨损率增加,达到一定数值后砂粒直径和浓度再增加,割缝筛管的冲蚀磨损率反而降低;随着冲蚀角的增大,割缝筛管的冲蚀磨损率增加,在冲蚀角为90°时达到最大,这种现象不同于塑性材料的冲蚀磨损机理;所建立的数学模型与试验结果较吻合.     

红石河堰塞湖漫顶溃坝风险评估

四川省青川县红石河堰塞湖是2008年5月12日汶川大地震形成的34座大型堰塞湖之一,是由东河口滑坡堵塞红石河形成的。该堰塞体高度约50 m、宽度约250 m、顺河向长度约500 m、形成的最大库容约400万m3。本文作者对红石河堰塞体做了较详尽的现场试验,包括土的冲蚀试验、土的基本物性试验等。基于现场试验数据,对土的冲蚀性和漫顶溃坝风险做了详细的分析。结果显示,从土的抗冲蚀性角度考虑,只要有水溢出就会有土体被冲蚀,这说明红石河堰塞体的漫顶溃决可能性较高。本文还提出经验公式来预测红石河堰塞体漫顶的溃决时间,大约为4.5d,如果考虑到大石块对抗冲蚀稳定性的有利影响,这一数值会增大。此外,还研究了溃决深度随时间的变化规律。     

锡黄铜在3.5%NaCl中的液固两相流冲蚀机理研究

利用旋转式冲蚀磨损试验机,对锡黄铜在3.5%NaCl溶液中进行液固两相流冲蚀磨损试验,利用扫描电镜详细分析了不同条件下锡黄铜表面的微观形貌、失效规律及微观破坏机理.结果表明:锡黄铜在失重的不同阶段对应不同的磨损机制,在不同外界条件下其破坏机制也不尽相同.锡黄铜在阴极保护即无腐蚀影响下,试样发生严重冲蚀前存在门槛速度,冲蚀形貌主要以犁削和铲削为主同时兼有切片.当冲蚀速率增加,冲蚀切削形貌减少,而冲蚀时间的增加将导致冲蚀率首先增加后减小并趋于平衡;在无阴极保护作用下,试样表面出现腐蚀凹坑,冲蚀率大幅度增加,随着冲蚀速率的增加失重率增加,但随冲蚀时间增加,冲蚀率减小.     

热障涂层的冲蚀破坏机理研究进展

耐高温、高隔热的热障涂层(thermal barrier coatings, TBCs) 技术因为能降低基底的工作温度, 提高 发动机的性能与热效率, 已经成为了航空发动机的关键热防护技术. 航空发动机在飞行过程中, 将不可避免地 受到燃烧室内各种杂质及外来颗粒的撞击, 从而发生冲蚀失效, 这一失效已成为制约TBCs 服役性能及其安 全应用的关键问题. 本文介绍了TBCs 冲蚀破坏机理的实验研究、有限元模拟、理论分析、试验模拟系统以及 实验检测技术方面的最新成果, 展望了TBCs 冲蚀机理研究的重点.      

液固两相流中固体颗粒对弯管冲蚀破坏的位置预测

在石油输送工业中,由于弯头内压力梯度、离心力、二次流等多种因素的作用,导致弯头内的冲蚀过程特别复杂,冲蚀破坏也十分严重。本文针对液固两相流条件下颗粒对弯管的冲蚀破坏,采用DPM模型,对离散相在拉格朗日框架下求解颗粒轨道方程,得出颗粒与壁面的碰撞信息,再将碰撞信息应用于冲蚀模型,从而预测出颗粒对弯管壁面的冲蚀破坏情况,并研究了颗粒斯托克斯数对冲蚀严重区域的影响。计算结果表明:冲蚀主要发生在弯管与出口直管连接处的外拱壁以及靠近弯头出口的直管段侧壁区域;当颗粒斯托克斯数较大时,由于二次流对颗粒的携带作用不充分,导致靠近弯头出口的直管段侧壁区域未出现严重冲蚀。