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.     

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.     

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.      

水煤浆喷嘴热冲蚀磨损机理研究

采用1Crl8Ni9Ti不锈钢、YG8硬质合金和Al2O3／(W，Ti)C陶瓷3种材料制备了水煤浆喷嘴，考察了其在水煤浆雾化和燃烧过程中的热冲蚀磨损机理．结果表明：喷嘴材料的硬度对水煤浆喷嘴的热冲蚀磨损行为具有重要影响；在相同条件下，高硬度的Al2O3／(W，Ti)C陶瓷喷嘴的冲蚀率最低，YG8硬质合金次之，硬度较低的1Crl8Ni9Ti不锈钢喷嘴的冲蚀率最高；在热冲蚀磨损工况下，1Crl8Ni9Ti不锈钢水煤浆喷嘴主要呈现微切削特征，YG8硬质合金水煤浆喷嘴主要呈现晶粒剥落特征，而Al2O3／(W，Ti)C陶瓷水煤浆喷嘴主要呈现研磨损伤和热崩特征．     

氯化橡胶涂层冲蚀磨损行为的研究

针对含有海砂的海水环境,研究了氯化橡胶涂层在不同冲击角度、不同海砂浓度的环境中的冲蚀磨损行为及机理.结果表明:在含砂的海水环境中,氯化橡胶涂层的最大冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为67.5°,最小冲蚀磨损量发生在冲蚀角度为22.5°;在不同冲蚀角度下,冲蚀磨损量均随着海砂浓度的增加而增加;低角度冲蚀磨损时,涂层的破坏形式主要以切削和犁削为主,高角度下,涂层的破坏形式则以变形与凿击为主.     

聚脲涂层的冲蚀磨损机理研究

采用高速含沙水射流冲蚀磨损试验机测试了聚脲涂层的冲蚀磨损性能,试验结果表明所制备聚脲涂层具有优异的耐冲蚀性能.根据Bitter的塑性材料冲蚀模型,应用Matlab程序进行拟合计算,探讨聚脲涂层在不同冲蚀角度和速度下的冲蚀规律,研究表明聚脲涂层在冲蚀角度30°时切削磨损量最大,而接近90°时变形磨损量最大.     

固-液两相流黑水管道冲蚀磨损的数值模拟研究

煤气化黑水处理系统管道由于其流体介质高含固体颗粒和腐蚀性介质,且工作在高温、高压差环境中,极易受到冲蚀磨损和腐蚀的耦合作用而失效,影响其服役寿命.采用计算流体力学(CFD)方法数值模拟研究了煤气化黑水处理系统固-液两相流管道的冲蚀磨损行为和机理,以及流体介质速度和固体颗粒粒径对管道冲蚀磨损的影响规律,并分析了盲通管和涡室结构对弯管冲蚀磨损行为的优化改善效果.研究结果显示,煤气化黑水处理系统管线的冲蚀高危区主要分布在弯管外拱和变径管等结构突变区域;管道冲蚀磨损行为与其内部流体的运动和颗粒冲击特性有关;管道的冲蚀率均随着流体速度的增加而加剧,而粒径对弯管和变径管冲蚀率的影响并非单调关系,这与颗粒受力作用有关;弯管优化分析显示,涡室结构可以降低弯管的最大冲蚀率,减缓弯管的冲蚀磨损.     

水工混凝土小角度冲蚀磨损特性的研究

选用55kW的3GQ-2/70型高压清洗水射流装置作为水工混凝土的冲蚀磨损设备,考察了小角度条件下含沙高速水射流作用下混凝土材料的冲蚀磨损性能。结果表明：混凝土肥到严重的冲蚀磨损;在冲击角度较小时,混凝土材料的冲蚀磨损机制主要表现为硬质磨粒沿水平速度方向的切削作用,以及沿垂直方向的冲击作用导致的表面裂纹和脆性断裂;钢纤维对混凝土材料的小角度冲蚀破坏有明显的增强作用。     

颗粒增强有机硅基复合涂层的冲蚀磨损行为

利用气流喷砂型试验机,对ＳｉＣ和Ａｌ２Ｏ３颗粒增强的有机硅基复合材料涂层（ＳＭＣＣ）的冲蚀磨损行为进行了研究。发现合适的基体组成、增强体颗粒种类及含量使ＳＭＣＣ冲蚀率较纯有机硅树脂涂层降低了１个数量级。冲蚀表面形貌ＳＥＭ分析表明：低速冲蚀时涂层冲蚀磨损机理以显微犁耕为主,并伴有显微切削;而高速冲蚀时的磨损机量主要是微裂纹的产生和扩展造成成涂层的大块剥落,并伴有微切削和微犁耕。     

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.     

几种钢的腐蚀冲蚀磨损行为与机理研究

在相同试验条件下研究了１６Ｍｎ，２７ＳｉＭｎ和１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢在浆体（ｐＨ值在１～１２的范围，固体粒子是粒径２２０～４００μｍ的石英砂）冲蚀作用下的腐蚀冲蚀磨损行为，分析了ｐＨ值和冲击速度等对钢腐蚀冲蚀磨损的影响，以及腐蚀与冲蚀之间的交互作用机理，建立了钢的腐蚀冲蚀磨损率与ｐＨ值及冲击速度之间的三维关系图．研究发现：冲击速度对１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢腐蚀冲蚀磨损的影响可用指数关系表示，但对其它２种钢，冲击速度的影响不能用简单的数学关系表示；钢的腐蚀冲蚀磨损率随ｐＨ值降低而增加，ｐＨ值越低和／或钢的耐腐蚀性越差，腐蚀与冲蚀的交互作用越大，钢的腐蚀冲蚀磨损越严重．耐腐蚀性较好的钢（如１Ｃｒ１８Ｎｉ９不锈钢）的腐蚀冲蚀磨损机理主要为冲蚀磨损；耐腐蚀性比较差的钢（如１６Ｍｎ钢）除冲蚀磨损外，腐蚀及其与冲蚀磨损的交互作用也都是重要的磨损机理，特别在ｐＨ值比较低时更是如此     

固粒直径对含尘风机磨损恶化规律的影响

本文对含尘离心风机内粒子的直径与叶轮磨损的关系进行了计算与分析，用Ｌａｇｒａｎｇｅ法计算了固粒在叶轮中的运动轨迹和不同粒径时叶片的磨损状况。发现小粒径粒子对叶片磨损较均匀，而大粒径粒子使叶片磨损恶化；存在一个临界粒径Ｄ＿ｃｒ，当粒径ｄ＿ｐ＜Ｄ＿ｃｒ时，随着粒径的增长，粒子对叶片磨损急剧恶化，而ｄ＿ｐ＞Ｄ＿ｃｒ时，叶片磨损随粒径增长的变化趋于平缓；固相浓度对叶轮磨损的影响也与粒子直径有关。     

Influences of Slope Gradient on Soil Erosion

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｏｉｌｅｒｏｓｉｏｎｃａｎｂｅｃｌａｓｓｉｆｉｅｄｉｎｔｏｍａｎｙｔｙｐｅｓｄｕｅｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｒｏｄｉｎｇｆｏｒｃｅｓ .Ａｍｏｎｇｔｈｅｍｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｅｒｏｓｉｏｎｉｓｔｈｅｃｏｍｍｏｎｅｓｔｏｎｅ .Ｔｈｅｓｌｏｐｅｇｒａｄｉｅｎｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｆｌｏｗｅｒｏｓｉｏｎ .Ｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｒａｉｎｆａｌｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ,ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｆｌｏｗ…     

基于正交实验法的淹没磨料射流冲蚀性能实验研究

简要介绍了磨料射流原理以及实现淹没磨料射流的方法和装置。影响淹没磨料射流冲蚀性能的因素很多。为了确定对冲蚀性能影响较显著的因素及其重要性次序,进而提出在淹没磨料射流实验研究中的计算方法,应用了正交实验法安排实验,同时利用正交分析的相关方法得出结论。为进一步研究和改进淹没磨料射流性能奠定了基础。     

泡沫镍/环氧树脂/碳化硅双连续复合材料的料浆冲蚀行为研究

设计并制备出一种颗粒增强型双连续三元复合材料--泡沫镍/环氧树脂/碳化硅双连续复合材料,以材料的总损失量为重点研究了其在含氯化钠料浆冲蚀条件下的损伤行为.结果表明:颗粒增强的泡沫镍/环氧树脂/碳化硅双连续三元复合材料的耐料浆冲蚀性能明显优于环氧树脂/碳化硅二元复合材料;不同孔径泡沫镍骨架的复合材料的冲蚀量随攻角变化出现了不同的峰值;合理匹配泡沫镍骨架的孔径和体密度,可制备出具有优异抗冲蚀性能的颗粒增强双连续复合材料.     

高龄混凝土表面碳化与应力腐蚀关系的研究

对多栋在役80年的混凝土建筑进行调查,检测了不同受力状态下的高龄混凝土构件的表面回弹值,并设计了一组混凝土构件老化室内模拟实验,用以分析高龄混凝土结构表面碳化发展机理。研究结果表明:普通混凝土的表面碳化速度与结构应力状态密切关联,处于拉应力状态的区域,其碳化深度明显大于压应力或无应力区域,表面碳化成为微观裂纹形成的基础,而微观裂纹的扩展将导致钢筋的锈蚀,最终导致结构承载力下降。只有处于低应力状态的混凝土才有可能达到理想的在役年限。该结论对于正确评估混凝土结构的寿命提供了实验依据。     

液固两相流冲洗油管道的冲蚀磨损特性数值模拟及分析

以液固两相流冲洗油管道为研究对象,采用Realizableκ-ε湍流模型、随机轨道模型,结合液固两相流冲蚀磨损试验,建立修正的冲蚀磨损数理模型,数值预测典型工况下冲洗油管道内速度、压力、冲蚀磨损率等流动参数分布情况,分析了冲蚀磨损的形成机制.研究结果表明:受曲率半径影响,冲洗油管道冲蚀磨损速率随曲率半径的增加而减小;由于颗粒惯性及管内二次流影响,弯头中间区域外侧壁面和出口直管段内侧面磨损较为严重,三通管件的最大冲蚀磨损率位于孔口处,数值预测结果与失效解剖案例吻合.本文建立的冲蚀磨损定量预测方法,适用于压力管道的风险评定及寿命预测.     

聚氨酯(脲)涂层冲蚀磨损性能研究

选用不同比例的低聚合物多元醇、多元胺、扩链剂、催化剂和异氰酸酯制备聚氨酯(脲)弹性涂料,采用喷涂技术在玻璃试片上制备聚氨酯(脲)涂层,用Taber摩擦磨损试验机和高速含沙水射冲蚀磨损试验机评价聚氨酯(脲)涂层的耐磨性能,用扫描电子显微镜观察涂层的磨损表面形貌,分析涂层组分与其冲蚀磨损性能的关系.结果表明:聚氨酯(脲)涂层体系中主要成膜物质的组分对耐冲蚀磨损性能影响较大,随着活性氢组分中端胺基聚醚和胺类扩链剂含量增加,聚氨酯(脲)涂层的耐冲蚀磨损性能提高;由于聚氨酯/聚脲混合体系和聚氨酯涂层中大量气孔的存在,从而导致涂层冲蚀磨损量增加;纯聚脲涂层具有比聚氨酯/聚脲混合体系涂层优越的磨损性能,不仅在干摩擦条件下,在高速含水砂流冲蚀条件下也体现出优异的抗冲蚀性能,而且对冲蚀角的敏感性有所改善.     

固壁空蚀数值研究

空蚀是空泡在固壁附近溃灭对固壁材料产生破坏的现象。本文将空泡界面假设为自由面，并由VOF(Volume of Fluid)中界面构造精度较高的Youngs方法求解，通过直接计算原始变量的Navier-Stokes方程，数值模拟了空泡距固壁不同位置时溃灭对固壁造成的空蚀破坏。计算发现空泡溃灭产生高压脉冲相对于高速射流对空蚀形成起主导作用；空泡在流场中位置不同，高压脉冲对固壁上的空蚀破坏结果不同，并给出了距离界限。