基于Fluent的异径偏心弯管环烷酸冲蚀分析

在高温环烷酸腐蚀环境中,应用Fluent软件对不同结构尺寸的异径偏心弯管弯头与变径后直管段内的流场进行了数值模拟。根据流速、剪切力等流体力学参数的变化情况,结合高温环烷酸腐蚀机理,分析了流场对异径偏心弯管冲蚀的影响,预测并验证了异径偏心弯管易腐蚀的部位。结果表明:异径偏心弯管弯头两侧与外侧还有变径后直管段180°~360°附近壁面上的剪切力较大,易发生环烷酸冲蚀;弯头内侧剪切力随直管段长度增大而增大,弯头两侧剪切力随直管段长度增大而减小,弯头外侧剪切力不随直管段长度改变而改变。因此,在实际检测中,对于直管段较长的异径偏心弯管,除了弯头两侧与外侧,还要注意弯头内侧的检查。     

煤液化弯管冲蚀磨损的数值模拟研究

针对煤液化工业管道系统中弯管部位的冲蚀磨损问题,通过二次开发将磨损模型嵌入到FLUENT中模拟计算磨损率大小及磨损位置,将计算结果与试验数据相对比以验证模型的正确性,再将磨损模型应用到煤液化管道的冲蚀磨损预测研究中。结果表明:煤粉直径小于80μm时,磨损率随着粒径增大明显降低;最大磨损率与冲击速度成指数增长;最大磨损率随着管道弯曲角度增大而降低;弯径比为3时磨损率较小且磨损分布均匀。     

投球式滑套球座冲蚀磨损及评价方法研究

流体携砂冲蚀球座易导致投球滑套密封失效,而投球滑套的密封性能是影响水平井裸眼分段压裂完井技术的关键因数之一。为研究投球滑套密封的冲蚀磨损失效,依据投球滑套的实际工况,基于流体力学、切削变形理论和试验数据,建立一套适用于球座冲蚀磨损仿真分析规范及评价方法。基于上述规范及方法,利用流体软件实现锥度球座的结构优化。结果表明,球座最大冲蚀磨损率主要分布于漏斗形锥面变径处;随着球座锥度的增加,最大及平均冲蚀磨损率也相应地增加,并呈现出二次函数的变化趋势。     

汽轮机再热后级内颗粒冲蚀特性

汽轮机再热后级内叶片受到固体颗粒冲蚀,严重影响着汽轮机的安全经济运行。以某超临界汽轮机再热后第1+1/2级(第一级与相邻级的喷嘴)扭叶片为研究对象,通过拉格朗日法模拟不同粒径颗粒三维运动轨迹,并采用Finnie冲蚀模型,研究不同动静轴向间隙及不同负荷下颗粒对叶片的冲蚀特性。结果表明,由于动叶高速旋转,颗粒撞击到动叶时会获得与主流方向相反的速度,进而又反弹回静叶。较大粒径颗粒在动静叶片轴向间隙内"反复反弹"是造成再热后级内冲蚀的主要原因。适当增大动静轴向间隙可以有效地减少反弹回静叶的颗粒数量。当动静轴向间隙为5 mm时,反弹回静叶的颗粒为10%,轴向间隙增大为8 mm时,没有颗粒反弹回静叶。当机组负荷降低时,固体颗粒撞击叶片后的反弹角增大、反弹回静叶的数量增多,颗粒在动叶和下级静叶轴向间隙内反弹后,只有极少颗粒能够流出下级静叶。     

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。     

冲蚀角对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)蒙皮涂层去除及重涂附着力的影响

为解决飞机CFRP蒙皮涂层高效去除问题,改善重涂涂层附着力,采用塑性磨料射流加工方法对CFRP蒙皮损伤涂层去除,通过分析单颗磨料的速度和冲击力,研究不同冲蚀角度下磨料对涂层的冲蚀行为,探究塑性磨料射流冲蚀角对表面形貌、去除机制、材料去除率、接触角与表面自由能及重涂涂层的附着力方面的影响。结果表明：塑性磨料对涂层的冲蚀机理为塑性变形去除,在30°～70°冲蚀角下,磨料对涂层的冲蚀模式为滑擦、耕犁和切削。随着冲蚀角的增加,颗粒的切向分力减小,法向分力增加,法向冲蚀的冲蚀模式为剪切和挤压变形去除材料去除率递减。在所选冲蚀角范围内,当冲蚀角为30°时,聚氨酯涂层的材料去除率最大。随着冲蚀角的改变,表面粗糙度、润湿性和表面自由能发生变化,当冲蚀角为70°时,重涂后的涂层附着力较好,较初始涂层附着力提高28%左右。研究成果可为飞机CFRP蒙皮涂层的高效去除及附着力的改善提供参考。     

钛合金靶材颗粒冲蚀磨损及能量转化特性数值研究

目的 解决钛合金材料固体颗粒磨损问题。方法 采用显式动力学有限元分析手段,结合Johnson-cook材料模型和应变累积失效模型,对多颗粒连续冲击Ti-6Al-4V钛合金靶材的冲蚀特性和能量转化特性进行数值模拟。结果 在颗粒以倾斜角度连续冲击靶材时,最大冲蚀应力呈现一定波动性。当颗粒在法向连续冲击时,靶材会快速进入稳定冲蚀阶段。在不同入射角度下,多颗粒连续冲击靶材的最大应力均位于靶材产生材料堆积的位置。在入射角90°和入射速度130 m/s下,当颗粒尺寸从50 μm增至150 μm时,最大冲击坑深度从3.124 μm增至8.997 μm。当颗粒尺寸超过100 μm后,由于加工硬化机制的影响,后续颗粒冲击产生的应力比第1次冲击产生的应力降低了30%~60%。在冲角为30°下,当摩擦因数从0增至0.2时,颗粒动能损失增大了22.69%。随着入射角度的增加,摩擦因数对颗粒动能损失的影响逐渐减弱。结论 从微观机制上解释了入射角度和颗粒粒径对多颗粒连续冲蚀行为的影响,明确了摩擦因数对颗粒冲蚀过程中能量转化特性的影响。     

风力机叶片涂层冲蚀磨损实验装置的设计

风力发电机叶片在风沙环境中运行时会受到挟沙风的冲蚀,导致叶片表面涂层损毁并且降低叶片使用寿命,同时也增加叶片的维护成本。为了探究风力机叶片受挟沙风冲蚀磨损情况,研制一种涂层冲蚀磨损实验装置,该实验装置以压缩空气为动力,通过压缩空气气管接通气源。压缩空气在冲蚀管中建立工作压力,在冲蚀管内完成沙料和压缩空气充分混合,形成高速运动的挟沙风;再利用PLC控制步进电动机转速,通过螺旋推进器进行输沙率控制,由冲蚀管喷嘴喷出,喷射到风力机叶片模型表面对其进行冲蚀磨损实验。该冲蚀装置可实现多种冲击风速、携沙量、冲击角度的多工况磨损实验,能够提供较为精确的实验数据。     

钛合金表面CrAlTiN单层涂层冲蚀损伤机理研究

目的主要开展钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层后的撞击实验,探究不同条件下钛合金表面的冲蚀损伤规律,揭示钛合金表面的冲蚀损伤机理。方法采用多弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层,并利用空气炮发射速度为300m/s的单个钢珠,在不同角度(30°、45°、60°、90°)下对涂层进行撞击损伤模拟。采用扫描电镜对撞击形貌进行观察,结合撞击表面的元素分析结果,探究钢珠撞击涂层表面的冲蚀损伤机理。结果 90°攻角下,涂层的破损主要由撞击产生的裂纹和涂层表面"液滴"的剥落共同作用引起。45°、30°攻角与60°攻角的撞击相似,损伤主要由两部分组成:一部分是垂直作用产生的裂纹和撞击导致的液滴剥落引起的涂层损伤;另一部分是切向作用引起的摩擦磨损和摩擦过程中产生的温度效应导致的钢珠熔覆。能谱图点44处主要含有Fe2O3、Ti N两种物质,说明该点的涂层已经破坏,并且在切削磨损的同时,钢珠撞击的损伤还伴随着氧化磨损。结论在300m/s的速度下,冲蚀损伤最严重部位为钢珠与涂层接触部位。冲蚀过程中会因温度效应使钢珠熔覆在涂层表面,涂层表面越粗糙,则熔覆物越多。涂层的损伤主要源于垂直分量导致裂纹的萌生和切向的犁削作用。     

WC和Al2O3对氩弧熔覆FeAlCoCrCuTi0.4高熵合金涂层组织和耐冲蚀性能影响

利用氩弧熔覆技术制备了FeAlCoCrCuTi_0.4,WC/Al₂O₃-FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层,并通过XRD,SEM,EDS,硬度测试和冲蚀磨损测试等方法,探究了WC和Al₂O₃的添加对FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层显微组织和性能的影响.结果表明,通过氩弧熔覆技术所制备的合金涂层表面成形性良好,无孔洞、裂纹等缺陷产生,与基体呈高强度冶金结合.WC和Al₂O₃的添加对涂层稀释率的降低有显著作用.三种涂层都是主要由Bcc相（Fe-Cr固溶体）构成,晶粒以胞状树枝晶形式存在.添加WC后,晶粒细化明显,在各种强化作用下涂层硬度为685.8 HV.且WC和Al₂O₃的添加显著提高了涂层耐冲蚀磨损性能,耐磨性几乎可以达到FeAlCoCrCuTi_0.4高熵合金涂层的2倍.