伞帽用高铬铸铁在热强碱腐蚀环境下的磨损分析

针对氧化铝行业中常用的Cr28和Cr20高铬铸铁伞帽在相同工况条件下的磨损机理进行分析,并对比研究了实际生产中两种失效材料的成分、组织及性能。结果表明,伞帽部件在高温强碱腐蚀条件下受到外界冲刷时,磨损量由微切削磨损与变形磨损这两种机制共同决定。含铬量较高的Cr28高铬铸铁,其冲刷和抗腐蚀磨损性能均优于Cr20高铬铸铁。伞帽服役寿命主要受浆料和表层的铸铁材料两大因素影响。两种试验材料经淬火+回火处理后,基体组织中主要为回火马氏体+M₇C₃型碳化物+少量残留奥氏体,其中含铬量较高的Cr28高铬铸铁中共晶碳化物含量更高,且分布更加弥散,其平均硬度值为64.0 HRC,高于Cr20高铬铸铁的60.2 HRC。最终确定Cr28高铬铸铁作为伞帽材质更能满足氧化铝生产及设备检修周期的需要。     

砾石充填条件下筛管堵塞与冲蚀特性试验

为分析油田水源井筛管失效原因和防砂周期短的内在机制,建立一套模拟井下冲蚀和堵塞问题的砾石充填筛管防砂装置,研究筛管类型、砾石种类与粒径、生产压差等因素对筛管堵塞情况以及堵塞后筛管挡砂介质与本体的损坏情况的影响,分析筛管失效的原因和井下挡砂介质堵塞的内在机制。结果表明:在套管内砾石充填完井条件下,地层砂对砾石充填层和筛管的堵塞具有非均匀性,不同射孔孔眼部位的砾石充填层内的渗流压力分布不均,筛管过滤介质堵塞存在一定随机性;携砂流体流动时的磨蚀作用是造成筛管过滤介质失效主要原因之一;射孔孔眼流出的流体可与充填层的砾石掺混,形成磨料射流冲击正对射孔孔眼处的防砂管,造成防砂管本体的冲蚀失效;地面模拟试验结果与井下取出失效防砂管特征基本一致;试验结果能够为防砂方式的选择、生产制度的建议、筛管材质的选择、筛管结构的改进等提供依据。     

机械密封腔流场内粒子对密封腔壁面及波纹管冲蚀分析

为研究机械密封腔内混有固体颗粒的流体,在复杂工况下对密封腔壁面及波纹管表面冲蚀的影响,以CFD理论及方法,采用k-ε湍流模型和离散项DPM模型,对固液混合流场进行模拟分析,获得密封腔内流体中介质作用下密封腔壁面及波纹管外表面的压力场分布,分析不同工作状态下固体颗粒作用下密封腔内壁和波纹管外表面的冲蚀区域分布、固体颗粒在流场中的运动轨迹,以及机械密封工作过程中流场内固体颗粒的逃逸量、运动状态的变化。结果表明:粒子主要受颗粒阻力、浮重力、压力梯度力及波纹管和密封腔表面反作用力的影响;在旋转流场中,粒子作与旋转方向一致的螺旋方式前进;无转速时,冲蚀多发生在靠近入口处的波纹管外表面,旋转流场中,冲蚀多发生在密封腔靠后位置的壁面;随着转速增加,粒子逃逸率下降。研究结论为机械密封腔的设计布局及机械密封装置的优化提供理论依据。     

沙尘对光伏组件表面冲蚀行为影响实验研究

文章根据野外沙漠的环境因素,基于气流挟沙喷射法,利用风沙冲蚀系统模拟沙漠的风沙环境,分析不同安装倾角、风速下,沙尘的冲蚀对光伏组件输出特性的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)观察光伏组件表面的冲蚀形貌。分析结果表明,光伏组件表面钢化绒面玻璃的冲蚀率随着冲蚀角的增加而增加,并在冲蚀角为90°时达到最大值。通过实验还发现,当冲蚀速度分别为25,30 m/s时,不同冲蚀角下,光伏组件的输出功率比未冲蚀光伏组件的输出功率分别降低了9.82%～16%,15.42%～24.46%,输出功率降低率的平均值分别为13%,19.39%。此外,通过比较发现,当冲蚀角为90°时,光伏组件的输出功率与未冲蚀光伏组件输出功率之间的差值较大,输出功率降低率的最大值为24.46%。     

陕北风沙滩区浅层地下水环境演化和发展趋势

陕北风沙滩区生态脆弱,但在风沙滩区及周边人类大量的活动,使该区域地下水环境发生了很大变化.利用风沙滩区浅层长系列地下水观测数据,结合区域水文地质条件,从内外动力地质和人为活动共同作用来分析浅层地下水赋存空间环境演化规律,预测发展趋势.完成了对浅层地下水环境多角度多层次演化的分析,并从风沙滩区植被、降落漏斗、海子面积、水质等多方面进行了发展趋势预测.得出陕北风沙滩区浅层地下水环境在人为破坏和人为保护双向发力下,向相反的方向演化,并表现出时好时坏.总之在人为破坏没有停止之前,人为保护虽有作用,但不治本.     

π型管的冲刷腐蚀数值模拟

目的 基于液固两相流体在管道流输的情况，研究π型管在不同影响因素作用下的冲刷腐蚀程度。方法 目前对π型管的研究尚少，因此确定模型为π型管。针对输气管道中π型管冲蚀磨损失效的问题，运用Ansys fluent软件中的DPM模型和k-ε模型，针对通入气液两相流介质时，液体中颗粒冲击π型管壁面的问题开展数值模拟研究。运用控制变量(管道进口流速、颗粒质量流量、颗粒直径)的方法，观察不同参数对π型管磨损的影响情况。结果 π型管存在A、B两处腐蚀。在一定范围内增加π型管的入口流速，整体最大冲蚀率也发生明显改变，且逐渐递增。在一定范围内增加π型管内固体颗粒粒径，整体最大冲蚀率也发生明显改变，且逐渐减少。在一定范围内增加π型管的质量流量，整体最大冲蚀率也发生明显改变，且逐渐递增。结论 A处的腐蚀范围大于B处的腐蚀范围。整体的最大冲蚀率随着流速的增大而增大。速度越大，流体的曳力越强，对腐蚀程度造成的影响越大。整体的最大冲蚀率随着质量流量的增大而增大。速度增长与最大腐蚀率近似可以看成线性增长，存在正相关关系。改变几组不同粒径颗粒的质量流量，观察整体最大冲蚀率与质量流量近似成线性相关，存在正相关关系。整体的最大冲蚀率随着颗粒直径的减少而逐渐减弱。颗粒直径越小，流体所携带的颗粒能力越强，造成的腐蚀程度越强。通过对比分析不同参数腐蚀程度，从而预测出冲蚀最容易发生腐蚀的位置为A、B两个弯头处。     

基于DSMC-CFD方法的气固两相流冲蚀预测研究

目的 研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法 使用Eulerian-Lagrangian方法，将气相作为连续相，通过Navier-Stokes方程求解，颗粒平移运动由离散相模型（DPM）求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗（DSMC）方法进行模拟，用少量采样颗粒代替真实颗粒计算颗粒间碰撞，碰撞的发生条件通过修正的Nanbu方法判定，碰撞过程遵循颗粒间碰撞动力学模型，采用Grant-Tabakoff随机颗粒-壁面碰撞反弹模型，计算颗粒与壁面的碰撞运动。将颗粒运动信息导入5种不同的冲蚀模型，并将计算与未计算颗粒间碰撞的冲蚀预测模拟结果与实验数据进行对比。结果 颗粒间碰撞位置主要分布在90°弯头外拱侧的颗粒高浓度区，随着颗粒质量流量的增大，颗粒碰撞次数增加，且直管段中碰撞次数占比增大。随着入口速度的增大，颗粒碰撞次数减少。使用DSMC-CFD方法计算的最大冲蚀位置沿弯管外拱轴线向高角度方向偏移，且数值比忽略颗粒间碰撞的CFD方法约低5%~15%，总冲蚀率则两者区别不大。结论 引入DSMC方法计算颗粒间的碰撞，可以节省大量算力。弯管处发生颗粒间碰撞，DSMC-CFD冲蚀预测方法更符合实际，使用DSMC-CFD方法的Oka模型与实验测得值最贴近。     

改性橡胶混凝土在复合盐冻融循环-风沙冲蚀作用下损伤研究

使用15％(质量分数)NaOH溶液对橡胶颗粒浸泡改性处理,研究普通混凝土、未改性橡胶混凝土和改性橡胶混凝土力学性能变化,采用模拟风沙环境侵蚀实验系统对复合盐冻融循环后的混凝土试件进行冲蚀试验,探究改性橡胶混凝土在复合盐冻融循环-风沙冲蚀作用下的损伤机理.结果表明:15％(质量分数)NaOH溶液改性橡胶混凝土较未改性橡胶混凝土强度提高,弹性模量进一步降低,韧性有所提高;改性橡胶混凝土在抗风沙冲蚀性能方面仍表现出脆性材料特性;80目(0.18 mm)橡胶混凝土抗复合盐冻融循环性能最优,10目(2.00 mm)橡胶混凝土抗风沙冲蚀性能最佳,NaOH溶液对不同粒径橡胶混凝土不同性能的改性作用也不同;改性橡胶混凝土对抗复合盐冻融循环性能和抗冲蚀性能均有一定的改善作用,通过微观形貌分析其主要原因为改性橡胶颗粒与混凝土基体粘结作用更强,弹性变形更大.     

40Cr在高压液固两相流中的冲蚀行为

为研究钻井液中的固相颗粒对控压钻井节流阀阀芯表面轮廓冲蚀的影响,采用高压水携砂喷射法模拟节流阀阀芯工作环境,探究节流阀阀芯材料40Cr在不同攻角下的冲蚀行为,分析冲蚀量与攻角的关系;采用三维扫描仪测量冲蚀后材料的表面形貌,采用扫描电镜(SEM)观测材料冲蚀区的微观形貌,分析不同攻角下材料的冲蚀磨损机制。结果显示:当攻角由15°增加到90°时,试件冲蚀斑坑深度、冲蚀质量损失呈现先增加再减小的趋势,并在45°时达到最大,同时,冲蚀斑坑形状由椭圆形状逐渐向圆形变化;随着冲蚀时间的延长,在攻角为45°时冲蚀质量损失以指数方式增加;40Cr材料在低角度冲蚀为"犁削"作用,高角度为"冲击锻打",在整个冲蚀过程中2种损伤机制并存,在45°时2种作用效果最大。研究表明:通过改变阀芯轮廓使粒子攻角避开45°附近,可减少节流阀冲蚀磨损。     

高压水射流对煤的冲蚀机理研究

采用理论分析、实验测试和数值研究相结合的方法,对高压水射流冲蚀煤体机理进行了研究,为适用于煤层钻孔的高压水射流喷嘴及射流参数的选择奠定了一定的理论基础。同时论述了高压水射流对煤体的破坏作用、前期应力波的破坏作用及后期射流准静态压力和滞止压力梯度的破坏作用。