气固两相流饲料输送管道结构优化研究

目的 针对饲料输送管道气固两相流对弯管壁面冲蚀磨损严重的问题,提出一种在弯管外侧加设辅助气流的新型结构.方法 运用计算流体力学方法,采用离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)研究普通和新型弯管的冲蚀磨损情况,模型的有效性通过普通弯管压降梯度实验加以验证.通过分析两种弯管的流场分布情况,进一步研究空气进口速度、颗粒质量流量和颗粒粒径等因素对弯管冲蚀磨损的影响.结果 随着空气进口速度的增加,弯管的平均冲蚀磨损速率先减小、后增大,但新型弯管的平均冲蚀磨损速率降低了7.1％～8.5％,且当空气进口速度为35 m/s时,平均冲蚀磨损速率最小.当颗粒质量流量增加时,弯管平均冲蚀磨损速率基本呈线性增长,但新型弯管平均冲蚀磨损速率的增长速率略小于普通弯管,且平均冲蚀磨损速率降低了8.2％～9.7％.当颗粒粒径增加时,弯管的平均冲蚀磨损速率先急剧增大、后平缓变化,但新型弯管平均冲蚀磨损速率降低了8.2％～17％.结论 通过研究发现,弯管外侧均存在冲蚀磨损,但新型结构均能有效减小弯管的冲蚀磨损.颗粒质量流量对弯管冲蚀磨损的影响最大,且颗粒质量流量越大,平均冲蚀磨损速率越大.颗粒粒径对降低弯管冲蚀磨损的效果最好,且颗粒粒径越小,效果越佳.     

高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

目的 探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素。方法 基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响。结果 矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因。当矿粉的体积分数由0.1增大到0.5时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径为0.025~0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径超过0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小。当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%。阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化。结论 矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中。     

钛合金叶轮石墨型离心铸造工艺优化

介绍了某化工设备上使用的钛合金叶轮铸件石墨型铸造工艺。分析了铸件产生气孔和叶片位置偏移等缺陷的原因。通过增加加工余量、提高离心转速和优化石墨型工艺,即加工余量由原来的5mm增至15mm、离心转速由120r/min提高至200r/min并制作划线工装,消除了铸件缺陷,最终获得了合格的钛合金叶轮。     

硅含量对喷射沉积SiC_p/Al-Si功能梯度复合材料摩擦磨损性能的影响

对喷射沉积技术制备的不同硅含量铝基功能梯度复合材料进行室温摩擦学性能研究。结果表明:当硅含量分别为7%、17%和20%时,SiCp/Al-Si功能梯度复合材料的摩擦因数随载荷或滑动速度(转速)的增加而减小;随着SiC颗粒含量的增加,摩擦因数呈增大趋势;随基体硅含量增加,摩擦因数越稳定。在转速300~500 r/min、700~900 r/min和载荷10~30 N、40~50 N时,磨损率随转速、载荷的增加而升高,随SiC颗粒含量的增加而降低,梯度变化明显;在转速500~700 r/min和载荷30~40 N时,随转速、载荷的增加,磨损率反而减小;随基体硅含量的增加,磨损率呈降低趋势,材料在摩擦过程中生成的机械混合层(MML)厚度呈减小趋势。     

制备SiCp/Al复合材料用复合粉料的颗粒包覆法混料工艺研究

采用倾斜盘式混料机研究了颗粒包覆法制备SiCp-Al复合粉料,为超细增强颗粒铝基复合材料的制备奠定了基础.结果表明,混料机托盘倾斜角和转速的最佳组合为托盘倾斜角50°时转速为55 r/min～60 r/min,托盘倾斜角60°时转速为70 r/min～80 r/min;铝颗粒中位径为100 μm时SiC最佳含量为12％,中位径为200 μm时SiC最佳含量为10％.而中位径为200 μm时混料效果更好,SiC颗粒能够很好地包覆在铝颗粒周围.     

离心机转速对再生复合材料辊环组织和性能的影响

利用废旧辊环,通过重熔和离心铸造法制备了再生复合材料辊环,重点研究了离心机转速为800r/min和1000r/min时制备的再生复合材料辊环的组织和性能。样品的微观组织检测表明:再生复合材料辊环由WC颗粒大量分布的外层和Fe-C合金内层组成,离心机转速高的外层内WC增强颗粒体积分数较大。力学性能测试表明:800r/min转速下制备的再生复合材料辊环,其外层和内层的硬度分别达到HRC49、HRC42,冲击韧性分别为3.1J/cm2、5.1J/cm2。离心机转速提高到1000r/min时,外层和内层的硬度分别增加达到HRC58、HRC49,冲击韧性分别降低为2.3J/cm2、4.1J/cm2。     

高产天然气井放喷管汇弯管冲蚀磨损特性研究

目的 研究高产天然气井气固两相流对放喷管汇的冲蚀机理及规律.方法 利用CFD软件对放喷管汇冲蚀进行研究,使用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程求其气相的运动状态,并用离散相模型(DPM)计算出颗粒运动轨迹.然后使用Oka冲蚀磨损模型开展弯管角度、弯管位置、放喷量等5种因素与壁面冲蚀规律研究,最后使用最大冲蚀速率、壁面质量损失以及管汇刺漏时间等3种指标评价管汇的冲蚀特性.结果 在控制单因素变量的前提下,随着含砂率从1％增长到5％时,弯管最大冲蚀速率增加了约4倍;随着放喷量从3.0×105 m3/d增加到5.1×106 m3/d时,最大值出现在1.0×106 m3/d附近,弯管最大冲蚀速率相比3.0×105 m3/d增加了3.7倍;当弯管角度从90°增加到165°时,最大冲蚀速率下降了85％,但120°弯管最大冲蚀速率最大;随着弯管距出口距离从5 m增加到30 m时,最大冲蚀速率下降了86％;当颗粒形状系数从0.67增加到1时,最大冲蚀速率增大了5倍.结论 含砂率与最大冲蚀速率相关度最大,弯管位置与最大冲蚀速率的相关度最小.最大冲蚀速率随含砂率、颗粒形状系数的增加而增大,随弯管角度和距出口直管段长度的增加而减小,但120°弯管冲蚀最严重.随放喷量的增加,弯管最大冲蚀速率呈现出先增大、后减小、最后趋于平稳的规律.     

烟气轮机叶片高温合金材料冲蚀磨损行为的数值模拟

针对烟气轮机叶片在固体催化剂颗粒下冲蚀磨损引起疲劳破坏的工程问题,运用有限元软件ANSYS/LSDYNA建立高温合金材料单颗粒冲蚀力学模型,进行了三维显示冲击动力学计算及冲蚀机理分析;研究了相同颗粒尺寸下不同冲蚀速度对靶材的冲蚀规律,及同一冲蚀速度时不同尺寸颗粒的冲蚀效果。结果表明,随着冲蚀速度增大,等效塑性应变值逐渐增大,颗粒对靶材的冲蚀深度和材料失效区体积也逐渐增加,当应变累积到一定程度时,材料发生冲蚀破坏。同一冲蚀速度下,最大等效应力和等效塑性应变幅值随颗粒增大逐渐增加,靶体材料被挤压的凹坑压痕逐渐加深,四周形成唇片;靶体表层的材料失效区发生横向和径向扩展。当应力值超过材料的屈服极限时就会产生裂纹,发生冲蚀破坏。     

SiO_2/Al复合材料搅拌铸造工艺的数值模拟

采用基于CFD的Euler-Lagrange方法,模拟研究了搅拌铸造法制备SiO2/Al颗粒增强复合材料在不同搅拌转速(200、400、600r/min)下的增强颗粒分布特性。在不同搅拌速度下制备了SiO2/Al复合材料铸件,对复合材料铸件不同位置处的颗粒分布特性进行金相观测和量化分析,并与数值模拟结果对比。结果表明,试验量化结果与数值模拟结果一致;搅拌速度太低或过高使颗粒在搅拌槽特定区域聚集,产生较多的团聚;最优的搅拌转速是400r/min。     

多相混输泵首级动叶轮轮毂到轮缘气相分布研究

为进一步探究流量和转速对多相混输泵内气相分布规律的影响,基于时均N-S方程和Simple算法,利用FLUENT软件对不同流量和转速下入口含气率为30%时混输泵内三维流态进行仿真。结果表明:流量对首级动叶轮不同截面轮毂处气相分布影响均较大;在进口和出口截面,随着流量的增加含气率增大;在较高转速(2 500、2 950 r/min)时,首级动叶轮不同截面从轮毂到轮缘的含气率变化较大;在不同流量和转速下,首级动叶轮轮缘附近的含气率变化均较大。研究结果可为混输泵性能优化和提高气液输送能力提供参考。     

基于CFD对60.3 mm弯管冲蚀仿真预测

目的提高工业生产过程中弯管冲蚀预测可靠度。方法在拉格朗日坐标系,通过CFD-DPM模型求解在流体作用下固体颗粒对弯管的冲蚀问题,并利用冲蚀方程研究流体速度、固体颗粒直径和固体颗粒质量流量分别与弯管冲蚀之间的关系,预测弯管最大冲蚀位置及模拟数值。结果通过仿真得到弯管冲蚀最大冲蚀位置主要集中在弯管出口的水平两侧和弯管入口的垂直两侧。随着固流体速度u由8 m/s增大至18 m/s时,固体颗粒对弯管的最大冲蚀速率增大了9.912倍;冲蚀固体颗粒的质量流量f由0.2 kg/s增大到0.8 kg/s时,弯管最大冲蚀速率增大了4.527倍;当仿真过程中固体颗粒直径由200μm增大到900μm时,弯管的最大冲蚀速率增大了3.94倍。结论当固体颗粒直径、固体颗粒速度和固体颗粒质量流量不变时,弯管冲蚀随着流体速度的增大而增大,弯管冲蚀区域在弯管出口水平位置逐渐增大。当固体颗粒直径增大,流体速度固体颗粒质量不变时,固体颗粒在惯性力作用下,弯管肘部的冲蚀逐渐增大,弯管出口水平两侧冲蚀逐渐减小。弯管冲蚀在固体颗粒质量流量增大时,呈增长趋势。     

弯管液固两相流动冲蚀磨损的数值预测

固体颗粒的冲蚀磨损是导致液体管道壁面磨损甚至失效的主要原因。本文基于计算流体动力学（CFD）方法,研究弯管在不同条件下冲蚀磨损分布规律。对8种常用的冲蚀模型分别进行计算评估,结果显示,基于DNV冲蚀模型的预测结果与实验结果吻合较好。基于DNV模型研究不同颗粒属性下弯管冲蚀磨损的分布规律。结果表明:随着颗粒直径从10 μm 增加到200 μm,最大磨损速率先减小后增大;当颗粒质量流量为0.02~0.20 kg/s 时,最大磨损速率随着颗粒质量流量的增大而线性增大;随着颗粒形状系数从0.2增加到1.0,最大磨损速率先增大后减小。研究结果可为实际工程应用提供一定的理论支撑。     

AA1050表面Al-Mg-Cu((p))复合涂层的力学和摩擦学性能(英文)

研究添加铜粉和改变耗材转速对AA1050铝合金基体上摩擦堆焊Al-Mg涂层力学和摩擦学性能的影响。铜粉是通过在耗材的横截面上钻孔的方式嵌入的。用光学显微镜和电子显微镜研究涂层的显微组织，用剪切实验研究涂层的力学性能。结果表明，当耗材转速从600 r/min增加到1000 r/min时，铜粉分布更加均匀，铜粉团聚现象减少，涂层的平均晶粒尺寸从(2.0±0.1)μm减小到(0.9±0.2)μm。随着转速的增加，富铜颗粒变小，并形成Cu Al₂金属间化合物。当耗材转速从600 r/min增加到1000 r/min，使涂层从基体剥离所需的最大力从16.2 k N增加到18.4k N。转速为600、800和1000 r/min制备的涂层其磨损率分别比AA1050基材的低12%、18%和21%。     

工艺参数对连续碳纤维表面电磁搅拌化学镀镍的影响

目的解决连续碳纤维在镀覆过程中易出现黑心现象以及无法完全浸泡于镀液中的问题,制备镀层均匀的连续碳纤维镍镀层。方法引入外加电磁搅拌对连续碳纤维进行化学镀镍,研究了施镀时间、镀液温度、镀液pH值以及电磁搅拌转速对连续碳纤维表面微观形貌及镀层沉积速率的影响规律。结果当搅拌转速一定时,随着施镀时间、镀液温度、镀液pH值的不断增加,碳纤维表面镀层逐渐变得均匀完整,且镀层厚度逐渐增大。但当施镀时间超过20 min,镀液温度超过75℃,镀液pH值超过8时,镀层表面沉积了大量形状不一的胞状镍颗粒,形成粗糙的表面形貌。镀层的沉积速率随着镀液温度、镀液pH值的升高而增大。当搅拌转速由200 r/min增加到300 r/min时,镀层的沉积速率随着搅拌转速的增加而不断增大;当搅拌转速由300 r/min增加到400 r/min时,镀层的沉积速率随着搅拌转速的增加而不断减小。结论电磁搅拌辅助连续碳纤维化学镀镍的最佳施镀工艺参数为:施镀时间15~20 min,镀液温度75℃,镀液pH为8,搅拌转速200~250 r/min。采用此工艺参数能获得表面致密、均匀完整的镍镀层。     

潜油离心泵旋转速度对流道内瞬态气液两相流场影响

为研究变频调速运行时,潜油离心泵输送气液两相流时泵内部流动特性,以Q10潜油离心泵的叶轮为研究对象,采用欧拉-欧拉非匀相流、非定常N-S方程和标准κ-ε湍流模型,对潜油离心泵叶轮内气液两相流动进行了瞬态仿真计算。结果表明:流道内的气相随着叶轮旋转而分布不均匀,叶轮内气相聚集范围均表现为自前缘处向尾缘处出口延伸,气相聚集浓度自前缘进口处向尾缘出口递减;当叶轮转速增加,气相在流道内周期性聚集扩散的周期缩短,且叶轮内气相浓度减小,气袋的体积变小,也容易分离破碎成小气袋;流道内整体流速增大,进出口压差增大;叶片两侧压差与叶轮转速成正比,同时叶片表面波动频率也随之增大。     

2A06铝合金表面微弧氧化陶瓷层摩擦学特性

采用微弧氧化技术,以硅酸盐为主要电解液,在2A06铝合金表面制备出高硬度、高耐磨性的微弧氧化陶瓷膜。用扫描电镜观测膜层的显微结构,用X射线衍射分析其相组成,并对膜层进行耐磨损和抗冲蚀试验。结果表明,氧化时间越长,2A06铝合金表面陶瓷层越厚,陶瓷层粗糙度也越高。陶瓷层由过渡层、致密层和疏松层组成。过渡层与基体和致密层结合紧密。致密层的相组成主要为α-Al2O3、γ-Al2O3,疏松层的相组成主要为α-Al2O3、γ-Al2O3以及Al6Si2O3。致密层中的α-Al2O3相的含量远高于疏松层。从试样边缘到试样中心硬度逐渐降低,最高硬度出现在试样表面边缘向内5～20 mm处,平均HV硬度可达20.96 GPa。2A06铝合金的耐磨性比较差,磨轮转速从100 r/min增至400 r/min时,磨损量不断增加且呈线性分布。微弧氧化制备的陶瓷层磨损量在磨损开始时(100 r/min)稍高,磨轮转速到600 r/min时磨损量趋于稳定,磨轮转速到1600 r/min时磨损量仍然呈现较低水平。陶瓷层的冲蚀体积损失率也远低于2A06铝合金基体。     

高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀行为影响的数值模拟

目的研究在水力压裂作业中,高压压裂液对JY-50压裂弯管冲蚀磨损的影响规律及其主要影响因素。方法基于液-固两相流理论、FLUENT冲蚀模型,为消除误差,应用FLUENT3次重复性分析并取平均值,得到支撑剂密度、粒径、质量浓度、压裂液流速的变化对弯管冲蚀行为的影响。结果压裂弯管的易冲蚀区域为弯管段靠近出口的内壁面外侧区域和接近弯管出口的直管区域。随着支撑剂密度和粒径的增大,最大冲蚀速率均增大,支撑剂密度从2500 kg/m3增大到3500 kg/m3时,最大冲蚀速率增长了0.69倍,粒径从0.074 mm增大到0.54 mm时,最大冲蚀速率增长了1.45倍,但二者对平均冲蚀速率数值影响变化不大。支撑剂质量浓度的增大,导致冲蚀速率呈近似线性增大,从40 kg/m3增大到210 kg/m3时,最大冲蚀速率增长了2.3倍,平均冲蚀速率增长了1.526倍。流速从5 m/s增大到25 m/s时,最大冲蚀速率平均增长了34.30倍,平均冲蚀速率也增长了34.85倍。结论对JY-50压裂弯管冲蚀行为及影响进行了数值模拟,获得了压裂液的参数变化对压裂弯管的冲蚀影响规律,综合最大冲蚀速率和平均冲蚀速率数值及其增长倍数分析,压裂液流速是冲蚀速率增长的主要因素,对弯管冲蚀磨损影响显著。     

搅拌头转速对2507双相不锈钢搅拌摩擦加工组织及性能的影响

通过对5 mm厚2507双相不锈钢进行搅拌摩擦加工,研究了在加工速率为100 mm/min时搅拌头转速对加工区域组织、力学性能和腐蚀性能的影响.结果表明,随着搅拌头转速的增大,搅拌区晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势.加工热循环和应力变形对加工区铁素体与奥氏体组织比例的变化影响不大,其铁素体含量仍保持在标准规范40％～60％之间.仅在搅拌头转速为200 r/min时,在加工区底部发现σ相析出.加工区显微硬度分布呈现"盆状",其硬度最高值出现在搅拌区前进侧的底部,对应搅拌区晶粒尺寸最细小处.随着搅拌头转速的增加,搅拌区纵向拉伸强度呈现先增大后减小的趋势,而塑性则呈现先减小后增大的趋势.搅拌头转速为400 r/min时,搅拌区具有最优腐蚀性能.     

机械搅拌对纳米复合镀层微观组织及性能的影响(英文)

通过Ni、W、P和CeO2、SiO2纳米颗粒的脉冲共沉积,在普通碳钢表面制各了Ni-W-P-CeO2-SiO2纳米复合镀层,研究了机械搅拌速度对纳米复合镀层微观组织及性能的影响,采用化学组成、元素分布、沉积速率、显微硬度和微观组织进行表征.结果表明:当机械搅拌速度控制在1000 r/min时,纳米复合材料微观组织致密,基质金属轮廓清晰,晶粒较细,纳米颗粒以弥散态均匀分布在基质金属中.同时,元素线扫描和面扫描分析表明,W、P、Si和Ce的平均含量非常接近,说明元素在纳米复合镀层中的分布是均匀的.提高机械搅拌速度,纳米复合镀层晶粒得到细化,沉积速率和显微硬度增加,当机械搅拌速度提高到1000 r/min时,沉积速率(32.68μm/h)和显微硬度(6820 MPa)最高.继续提高机械搅拌速度,纳米复合镀层晶粒尺寸反而增加,沉积速率和显微硬度降低.     

Cr含量对WC基硬质合金耐腐蚀性能的影响

以WC-10(CoNi)合金为基础,在粘结剂中加入不同含量的Cr,对合金的力学性能以及腐蚀性能进行了试验研究。试验结果表明,合金的抗弯强度随着Cr添加量的增加而降低,而硬度随着Cr添加量的增加而升高。在浸泡腐蚀试验中,添加Cr后就会使合金的耐腐蚀能力显著增强。在冲刷腐蚀试验中,各试样在冲蚀角度为60°时有最大腐蚀速率;当旋转圆盘的转速达到1000r/min以上时,合金的腐蚀速率显著增加,力学协同破坏的影响开始明显表现出来。通过对冲刷腐蚀后的合金试样表面及断面进行SEM观察,含Cr合金在腐蚀液中形成的钝化膜更加完整、致密,和基体金属的结合力也更强。