具有仿生内表面结构的弯管抗冲蚀特性数值分析

目的 管道冲蚀是气固两相流动中不可忽视的重要问题,直接影响管路系统的安全运行及管道的使用寿命。针对这一问题,从仿生学角度,参照沙漠红柳、沙漠蝎子等的体表形态,设计三角形槽、矩形槽、等腰梯形槽3种抗冲蚀特性的弯管仿生表面结构。方法 运用CFD–DPM方法,采用Finnie冲蚀模型,考虑颗粒与流体的双向耦合作用,对所设计的具有仿生表面结构的弯管抗冲蚀特性进行模拟,并考虑不同流速、颗粒质量流量对冲蚀的影响。在数值模拟基础上,采用正交试验法分析三角形槽仿生结构的3个主要参数对抗冲蚀特性的影响。结果 数值模拟结果表明,具有仿生表面结构的弯管冲蚀主要出现在弯头35°～60°区域槽的底部。3种槽表面仿生结构均可提高弯管的耐磨性,三角形槽的抗冲蚀特性最佳,提高了约38.33%,矩形槽次之,提高了约28%,等腰梯形槽最差,仅提高了约8.33%,且3种仿生表面结构的抗冲蚀性能优劣次序不随流速和颗粒质量流量的变化而变化;正交试验结果表明,在三角形槽中影响冲蚀的因素依次为槽间距、槽宽、槽深,最佳组合结构的抗冲蚀性能相较于普通弯管提升了约41.5%。结论 槽形仿生表面结构减小了颗粒与壁面的碰撞,降低了碰撞速度,...     

喷涂距离对等离子喷涂WC-12Co涂层抗冲蚀磨损性能的影响

为提高WC-12Co涂层抗冲蚀磨损性能,在Q235钢基体上采用大气等离子喷涂(APS)方法制备WC-12Co涂层,研究了喷涂距离对粒子温度与速度、涂层组织结构、力学性能及抗冲蚀磨损性能的影响。结果表明:喷涂距离对涂层质量影响较为明显,喷涂距离为130 mm时涂层质量较好,粒子速度与温度达到较好的配合,涂层抗冲蚀磨损能力较强。喷涂距离为120 mm与140 mm时涂层抗冲蚀磨损能力较差。550μm(30目)沙粒直径对涂层冲蚀磨损量大,沙粒速度为15.68 m/s比13.33 m/s沙粒速度冲蚀磨损量大;冲蚀角为60°时冲蚀磨损量最大,30°冲蚀磨损量最小。     

仿生非光滑凹坑表面模型建立及仿真研究

仿生学研究发现非光滑表面对耐磨性有影响,并且不同的非光滑表面对耐磨性的影响不同。为了研究非光滑形态的磨损过程,基于ANSYS建立仿生非光滑凹坑表面和光滑表面的三维模型,分别对仿生非光滑凹坑表面和光滑表面滑动磨损过程进行模拟分析。结果表明非光滑表面应力集中的区域远比光滑表面的小,说明非光滑表面具有较好耐磨性。并与试验结果对比,证明建立的模型正确。     

碳化钨/铁基铸造复合材料的抗冲蚀磨损性能

采用真空负压工艺获取碳化钨颗粒增强铁基表面复合材料,分析复合层微观经组织结构,并模拟实际工况考察复合层的抗浆料冲蚀磨损性能。结果表明,碳化钨颗粒增强铁基表面复合材料具有良好的组织结构和优异的抗冲蚀磨损性能,与高铬铸铁相比其抗冲蚀性是高铬铸铁的３￣４倍。     

装备修复用铜合金涂层制备方法及应用研究

目的为解决某型舰水泵叶轮轮毂等装备关键部件修复的难点问题,对电弧喷涂制备的铜合金涂层进行了重点研究。方法通过光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计、拉伸试验机、磨损试验机等对所制备的涂层的显微形貌、显微硬度、结合强度、抗冲蚀性能等进行了评定。结果采用电弧喷涂技术制备的铜合金涂层组织致密,涂层与基体之间的结合强度平均值为18.58 MPa,显微硬度平均值为187.5HV0.3,高于基体硬度,孔隙率平均值为4.1%,冲蚀角为30°和90°时,铜合金涂层的磨损质量分别为0.024 g和0.020 g,显示出优异的耐磨抗冲蚀性能。结论采用电弧喷涂技术在水泵叶轮轮毂表面制备了铜合金涂层,不仅恢复了原设计尺寸,而且大幅提升了水泵叶轮表面的耐磨抗冲蚀性能,同时基体不产生变形,不需要进行动平衡试验,节能节材,预计使用寿命可提高3倍以上。该技术可为大、新型装备其他关键铜质部件维修保障提供新思路和新方法。     

表面技术在锅炉一次风机叶片再制造中的应用研究

目的将表面技术应用于锅炉一次风机叶片的再制造,以大幅地提高叶片的表面性能和延长其使用寿命。方法以锅炉一次风机叶片的失效机理为依据,制定一次风机叶片再制造的主要工艺过程,采用高速电弧喷涂(HARC)工艺制备了四种颗粒增强金属基复合(MMC)涂层,采用干砂冲蚀磨损试验机对涂层的冲蚀磨损性能进行了研究,对抗冲蚀性能优异的K99A和K99B涂层进行了孔隙率、显微硬度、金相结构等性能试验。结果在30°和90°两种冲蚀角度下,相比于其他两种涂层,K99A和K99B的冲蚀率较小。K99A和K99B的孔隙率分别为(2.99±0.38)%和(4.30±0.41)%,显微硬度分别为(1110±190)HV0.2和(1160±206)HV0.2,综合比较,K99A涂层具有更好的抗冲蚀磨损性能,且K99A涂层的结合强度42.3 MPa,满足耐磨涂层要求。结论采用氩弧焊工艺来修复一次风机叶片,不仅可以恢复其形状和尺寸,而且其强度及韧性可以满足使用要求。高速电弧喷涂K99A涂层表现出良好的抗冲蚀磨损性能,较其他三种MMC涂层提高了20%以上。一次风机叶片再制造费用远低于新叶片费用,且其耐磨性得到提高,展现了极大的经济效益。     

热处理对热浸镀镍基涂层组织及性能的影响

采用热浸镀技术在Q235A钢基体表面制备了厚约2 mm、且与基体冶金结合的镍基合金涂层,并对其进行热处理.采用XRD和SEM分别研究了涂层的相组成和组织,在冲蚀磨损试验机上测定了涂层的抗冲蚀磨损性能.结果表明,所制备的镍基合金涂层以Ni2.9Cr0.7Fe0.36(fcc)相和CrB相为主,还存在少量的Fe23(C, B)6相.热处理后,涂层组织由原来不同形态的析出物转变成点块状CrB硬质相,这些硬质相弥散分布在γ-Ni固溶体上.热处理后,结合界面处铁、镍发生了互扩散,使过渡带由原来的5～8 μm变为20 μm.冲蚀耐磨试验显示,热处理后涂层的磨损量减少了50%,提高了镍基合金涂层的抗冲蚀磨损性能.     

渣浆泵用WC/铁基表面复合材料的研究

针对承受严重冲蚀磨损的渣浆泵过流件，采用型负压铸渗工艺制备了WC／铸铁基表面复合材料，分析了复合层的微观组织，检测了复合材料的冲蚀磨损性能，并用于渣浆泵过流件受磨损面的局部复合，结果表明，WC／灰铸铁基表面复合材料具有良好的微观组织结构和优异的抗冲蚀磨损性能，抗冲蚀磨损性是Cr15Mo3高铬铸铁的2．7倍，砂芯负压铸渗工艺可进行大面积异型曲面的复合。     

CVD金刚石涂层煤液化减压阀关键部件的制备

煤液化减压阀的工作条件非常苛刻,对其阀座、阀芯等关键部件在高温、高压差、高固态浓度流体冲蚀条件下的抗冲蚀磨损性能及使用稳定性提出了极高的要求.CVD金刚石涂层具有接近天然金刚石的优异性能,非常适合用于煤液化减压阀关键部件的表面强化.采用热丝CVD法在硬质合金阀座及阀芯主要的受冲蚀表面沉积获得了金刚石涂层,为保证沉积过程...     

压裂球座结构优化分析及耐冲蚀研究

目的 提升水平井分段压裂中投球滑套球座的抗冲蚀磨损性能.方法 基于流体力学、冲蚀理论,采用Fluent软件建立压裂球座固-液两相流冲蚀模型,对球座冲蚀磨损进行研究,分析不同角度下双锥面结构对球座冲蚀磨损的影响.在此基础上,开展球座冲蚀试验,研究3种不同表面材料对球座冲蚀的影响.结果 数值模拟显示,球座的冲蚀磨损主要发生在前端锥面上,最大冲蚀速率发生在锥面与密封面交接处.其原因是,锥段直径逐渐减小,导致固相颗粒在过流断面上的速度和浓度增加,动能增大,使得在斜面导流作用下对锥面的撞击与切削次数增多,冲击力增强,造成壁面材料损失.冲蚀试验结果显示,在3种不同表面材料球座的冲蚀中,双涂层(有机涂层+碳化钨涂层)球座的耐冲蚀能力优于碳化钨涂层和硬质合金球座.结论 设计双锥面结构球座时,合理地选择锥面角度能够有效提升球座的耐冲蚀性能,否则会导致球座的抗冲蚀性能下降.对球座进行表面喷涂强化处理时,较单一涂层而言,选择双涂层的抗冲蚀能力更好.     

离心风机叶轮盖盘热锻有限元分析

采用热锻工艺方法对离心风机中叶轮盖盘进行成形研究。首先对盖盘常用材料FV520B进行了热模拟性能测试,建立了该材料的本构方程,利用该本构方程在Deform-3D平台下对盖盘热锻成形过程进行了有限元模拟研究,获得了盖盘热锻成形过程中成形力的变化,以及成形工件的应力、应变、温度和损伤分布,为盖盘热锻成形新工艺的实验研究提供了理论依据。     

离心式风机叶轮流固耦合下的模态振型分析

针对风机叶轮在旋转时发生耦合振动的问题,以离心式风机叶轮为研究对象,采用κ-ε湍流模型及振动力学理论,对叶轮周围流场及模态进行分析,得到不同转速下离心式风机内部流场的压力及速度分布情况。结果表明:受压较大区域分布在风机出口周围,叶轮中心速度较小,沿径向方向速度逐渐增大;随着转速增大,叶轮前4阶模态逐渐降低,后2阶模态逐渐增高。所得结论为风机叶轮的使用工况及优化设计提供了参考。     

悬臂式多级离心风机气动力计算

对一种悬臂式多级离心风机进行研究,通过改变回流器出口角和叶轮叶片进口角等参数,分析叶轮进口气流角的变化,以及对风机性能的影响。根据该风机气动力的计算结果和风机性能测试实验结果及对比分析,拟合得到了本文风机的压力—流量关系计算经验公式和流量—功率关系计算经验公式。计算结果表明:增大叶轮叶片进口角,会使压力变化曲线更平缓,减小回流器叶片出口角可以降低能耗,为悬臂式多级离心风机的设计和改进提供参考。     

离心泵仿生微结构叶片减阻特性的仿真研究

目的 通过在离心泵叶片表面布置仿生微结构实现离心泵的减阻，并获得仿生微结构的最优化设计参数。方法 研究利用仿真模拟的方法，采用离心泵的扭矩变化对其减阻性能进行表征，考虑了仿生微结构的形态、截面形状和特征高度等结构参数的影响规律，通过分析叶片表面的湍流动能、剪切应力和近壁面层的速度云图揭示仿生微结构对离心泵减阻特性的影响机理。结果 在3种微结构形态中，流向沟槽的减阻效果最好;在3种截面形状的微结构中，矩形截面的减阻效果最好;离心泵减阻率并非随微结构特征尺寸单调变化，而是存在最优值;所有微结构的减阻率均随着流量的增加而增加。当叶片表面布置流向、矩形沟槽时离心泵具有最优的减阻效果，且在全流量工况范围流向矩形沟槽结构的最大减阻率为8.39%。结论 叶片表面微结构的布置可以实现离心泵减阻，其减阻机理与近壁面流体流动行为有关。表面微结构可有效降低叶片壁面的速度梯度，使速度沿壁面法线方向过渡更加均匀，且微结构内部低速流体层可有效控制和减弱近壁面区的湍动程度，减少湍流动能损耗;同时微沟槽内的反向涡流具有类“滚动轴承”作用，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，降低摩擦阻力。     

调制比对Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜结构及性能的影响

目的 探究Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜的最佳调制比.方法 利用电弧离子镀技术,在TC4钛合金上制备了不同调制比的Cr/CrN/Cr/CrAlN多层膜.利用扫描电子显微镜观察膜层表面和截面形貌;用Image-Pro分析软件对表面的大颗粒进行定量分析;利用X射线衍射法表征膜层的晶体结构;采用维氏硬度计测量膜层的显微硬度;采用划痕试验仪测量膜层与基体之间的结合力(临界载荷);通过基片弯曲法测量并计算得到膜层的残余应力;利用根据ASTM G76-05标准特制的AS600-喷砂试验机进行了抗冲蚀性能测试;采用三维表面轮廓仪测量冲蚀坑深度.结果 膜层表面质量和生长取向与LCr/CrN:LCr/CrAlN调制比密切相关,随着Cr/CrN比例的增加,膜层表面质量越来越好,择优取向由(111)晶面转为(200)晶面.多层膜的硬度随Cr/CrN比例的增加,呈下降趋势,结合力、残余应力和韧性则随之呈先升后降的趋势,并在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时,达到最佳.多层膜的抗砂粒冲蚀性能变化与力学性能变化一致,在LCr/CrN:LCr/CrAlN为1:2时达到最佳,其抗冲蚀能力是TC4基材的3倍以上,多层膜呈典型的脆性断裂失效形式.结论 在调制比LCr/CrN:LCr/CrAlN=1:2时,膜层获得最佳的抗冲蚀性能.     

弯管固体颗粒冲蚀理论与防冲蚀研究进展

在石油化工领域,管道输送系统的弯管非常容易遭受管内固体颗粒的冲蚀,使管道承压能力降低,增加管道输送的安全风险.首先对油气行业广泛采用的API RP 14E和DNV冲蚀准则进行了描述和分析,进而概述了国内外被较多专家学者提及的弯管固体颗粒冲蚀理论和模型,包括经典的微切削理论模型、变形磨损理论模型以及适用性较强的E/CRC冲蚀模型和Oka冲蚀模型.并在此基础上,对不同冲蚀理论和模型进行了对比和分析,指出各个冲蚀理论模型之间的内在联系,以及各自的优势和缺陷.在工程应用方面,对近年来工业中常见的防冲蚀涂层和防冲蚀几何结构进行了系统的归纳和总结.其中,防冲蚀涂层包括金属防冲蚀涂层、非金属防冲蚀涂层以及复合材料防冲蚀涂层,防冲蚀几何结构包括涡旋结构和各种形式的仿生肋条结构.最后,对弯管固体颗粒冲蚀理论模型的研究方向、纳米防冲蚀涂层以及仿生学防冲蚀肋条结构的发展前景进行了展望.为油气管道系统完整性管理、油气储运安全和流动保障等方面的研究提供借鉴.     

燃气涡轮起动机离心叶轮叶片断裂分析

燃气涡轮起动机长试到某一阶段，分解检查发现离心叶轮排气边叶片断裂。采用外观观察、断口宏微观观察、组织检查及硬度检测等方法对该断裂叶片进行原因分析。结果表明:离心叶轮排气边叶片断裂性质为高周疲劳，可能与叶盘振动有关。对离心叶轮进行振动特性计算，绘制用于振动分析的坎贝尔图，经分析，离心叶轮在设计转速附近存在高阶高频耦合共振、激振载荷较强，两者共同作用导致叶片断裂。     

风机叶轮离心浇注模改进设计

通过对叶轮结构及其模具的分析,从模具定位方式,叠片方法入手,对叶轮离心浇注模进行了改进设计,增加了定位套和定位压圈,减少原来的叶片隔板,使叶片均匀分布。保证了叶轮叶片与叶轮轴套同心,从而减少了叶轮整体的初始动平衡量,达到减小风机自振动振幅。     

Ag-30W的电弧行为高速摄像及表面侵蚀研究

采用高速摄像的方法,研究了直流条件下Ag-30W电接触材料电弧行为的基本特征和规律。通过扫描电镜技术,探讨了在电弧烧蚀触头表面的微观组织形貌、元素分布等特征。结果表明,电弧演化经历快速起弧、稳定燃烧和迅速熄灭3个过程。电弧烧蚀触头表面形貌由以钨为骨架、银为包裹层的大量凸丘组成。在电弧作用下,银包裹层可以有效保护钨骨架不被烧损,同时减少钨与空气的接触,减轻凸丘处电弧燃烧造成的侵蚀。