冲击形式产生的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验研究

舰船等海洋运输装备在海水中行驶时,船体表面受到含沙海水的冲蚀磨损,舰船行驶速度变化引起的空蚀磨损,以及海水的腐蚀磨损,因此舰船表面材料的破坏形式是冲击式的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损。为了研究联合磨损的影响因素,研制冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验台,并实验研究沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度以及冲蚀速度对45钢试件的联合磨损影响规律。实验结果表明:冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损程度强于冲蚀和空蚀交互磨损或单纯腐蚀磨损,在较低的沙粒浓度和较低的含盐浓度条件下,金属材料联合磨损质量损失与沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度和冲蚀速度均成正比关系。磨损面形貌分析表明:随着沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度、冲蚀速度的增加,试件表面的冲蚀沟和空蚀孔的磨痕深度和面积增大,而在人造海水中,试件表面不仅存在冲蚀沟和空蚀孔,还产生了腐蚀坑。     

环境压力对冲蚀、空蚀交互磨损影响研究

在转盘式磨损试验装置上进行了环境压力对冲蚀和空蚀交互磨损影响的试验,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,模拟水轮机工况,数值研究了试件表面汽液固三相流场及特性,以及环境压力对交互磨损的影响。结果表明:在4种环境压力参数下,交互磨损失重量随着环境压力的增大呈线性递减,即环境压力越大交互磨损程度越轻微;数值计算的转盘表面总压等值线、汽相体积比等值线两者的叠加区域与试验结果中试件的交互磨损表面形貌基本一致,即数值计算结果和试验结果吻合得较好。     

40Cr冲蚀与空蚀交互磨损试验研究

对40Cr进行模拟化工泵叶轮流道内工况条件下的冲蚀与空蚀交互磨损试验,分析40Cr材料的抗交互磨损性能和冲蚀与空蚀交互磨损试件表面磨痕。结果表明:40Cr的冲蚀与空蚀交互磨损失重曲线分为孕育期、上升期、衰减期和稳定期。在孕育期中,材料失重量很小;在上升期中,材料的冲蚀与空蚀交互磨损失重量增加。40Cr材料的交互磨损特性是以微切削、犁削和脆性剥落为主,同时存在针眼和剥落坑。40Cr试样表面的冲蚀沟槽和空蚀坑主要沿水流线速度矢量的方向,但也存在一些与线速度成一定夹角的摩擦痕迹或沟槽,说明影响冲蚀与空蚀交互磨损的因素不仅是水流速度,还与沙粒运动轨迹、水流方向及冲蚀角度等有关。     

冲蚀与空蚀交互磨损三相流场仿真与试验研究

基于计算流体力学方法,数值研究在模拟水轮机工况下,冲蚀与空蚀交互作用时,试件表面上汽液固三相流场的动力学特性(压力场、速度场、汽相体积比分布),然后在转盘式磨损装置上,进行汽液固三相冲蚀与空蚀交互磨损试验,并对试件微观形貌进行分析。结果表明:数值分析得到试件表面最小和最大压力值、气泡速度最大值和汽相比例最大值均出现在空化孔附近,其他位置基本不变,说明空化孔附近交互磨损比单一空蚀磨损严重。就某一空化孔而言,顺着转盘旋转方向的孔边某一夹角展开区域汽相比例较大,并且出现最小和最大压力;从试件微观磨痕分析,其上存在短程犁沟和空蚀孔,磨痕呈现规律性。仿真的气泡轨迹和试件磨痕基本一致,数值计算结果和试验结果吻合得较好,从而证明了数值分析的正确性和合理性。上述数值仿真为揭示流体机械过流部件冲蚀与空蚀交互作用磨损机理奠定了基础。     

含沙水流绝对速度对冲蚀、空蚀交互磨损的影响

在转盘式磨损试验装置上进行了含沙水流绝对速度对冲蚀和空蚀交互磨损影响的试验,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,模拟水轮机工况,数值研究了不同含沙水流绝对速度下,试件表面气液固三相流场及特性。结果表明:在4种入射绝对速度参数下,交互磨损失重量随着绝对速度的增大而递增,即绝对速度越大交互磨损程度越严重;数值计算的转盘表面总压等值线、气相体积比等值线两者的叠加区域与试验结果中试件的交互磨损表面形貌基本一致,即数值计算结果和试验结果吻合得较好。     

压强影响下40Cr的冲蚀与空蚀交互磨损特性

数值分析压强对三相流场中40Cr试件冲蚀与空蚀交互磨损的影响;试验研究不同压强下交互磨损过程中40Cr试件的失重量、空泡的密度及分布的变化规律,分析压强对40Cr试件的作用机制。结果表明:特定工况下,40Cr试件交互磨损失重量随压强的增大呈高斯曲线变化;在0.075 MPa时其失重量达到峰值1.86 g;流体压强越小水中空泡含量越高,空泡越多其溃灭破坏强度越大;但是水中空泡增加时会增大水的可压缩性,从而对空泡溃灭冲击起到缓冲作用,反而使交互磨损破坏作用减弱。数值分析结果和实验结果吻合较好。     

低冲蚀角下40Cr冲蚀与空蚀耦合磨损特性研究

基于CFD理论,数值模拟了低冲角下(冲蚀角α40°)冲蚀和空蚀耦合磨损的流场特性,并将数值分析结果与实验结果进行对比,研究了40Cr在低冲角下耦合磨损的失效特性。研究发现:1)耦合磨损的破坏程度随着冲蚀角的增加先增大后减小降,在临界角α=30°时磨损最严重,此时耦合磨损流场的溃灭冲击压强达到了最大的1×107Pa,在这种高强度冲击的反复作用下,材料更容易发生疲劳失效;2)当α30°时,40Cr材料表面的磨痕主要为微切削犁沟,并有少量的针孔状蚀坑;3)当α30°时,材料表面的磨痕主要为瞬时高温氧化和疲劳剥落引起的夹杂着白色氧化铁颗粒的蚀坑。40Cr试件失重量随冲蚀角变化趋势与三次样条曲线吻合得很好。     

超临界调节阀接管空蚀磨损预测研究

超临界调节阀阀门后续接管系统出现冲蚀性破坏,本文应用CFD方法对接管部分流场进行了空化数值模拟,分析了产生冲蚀性破坏的原因,并且提出了一种预测冲蚀率的方法。     

表面粗糙度对304不锈钢空蚀腐蚀联合作用的影响

为探究不同表面粗糙度对腐蚀空蚀破坏的影响机制,利用超声空蚀实验装置,对不同表面粗糙度的304不锈钢试样在质量分数3.5%NaCl溶液中进行空蚀腐蚀联合作用实验。通过分析试样的质量损失、表面形貌、显微硬度和电化学性能变化,探究不同表面粗糙度对空蚀腐蚀表面形貌和性能的影响规律。结果表明：空蚀腐蚀后的304不锈钢试样表面出现蚀坑,且蚀坑主要发生在磨痕边缘,并呈现腐蚀和空蚀双重特征;随着表面粗糙度的增大,蚀坑的密度增加,试样质量损失更加严重,但粗糙度达到一定程度时,空蚀会降低表面粗糙度数值,起到平整作用;经过空蚀腐蚀作用后,试样表面均出现硬化现象,但随着表面粗糙度的增大,试样表面硬化现象变弱;空蚀腐蚀后,试样的腐蚀电流增大,腐蚀电位负移,且随着粗糙度增大,试样的腐蚀电位和腐蚀电流变化也增大,呈现耐腐蚀性能不断下降趋势。     

水轮机过流件的磨蚀与表面防护

文章简述了材料水力磨蚀方面的有关研究成果,应用试验证明非金属弹性护面涂层有较好的抗气蚀与泥沙磨损性能,值得推广。     

微颗粒影响空蚀破坏的实验研究

在旋转圆盘空蚀实验装置上研究6种不同粒径和形状SiC和SiO2微颗粒对材料空蚀破坏的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)观测实验后试样表面,对比分析实验后空蚀坑数目和坑径分布特征,发现加入同样质量分数微颗粒时,微颗粒粒径越大造成的试样空蚀坑数目越少,加入不同形状的微颗粒时对应试样的空蚀坑坑径分布规律不同,表明微颗粒粒径和形状可能对试样的空蚀破坏有着不同的影响。     

NiAl合金翼型空蚀破坏行为的试验研究

在收缩-扩散型空蚀磨损试验水洞中对NiAl合金翼型进行空蚀破坏试验,使用扫描电镜(SEM)对受空蚀破坏的翼型上表面进行了观测,结果表明翼型上表面有大量的空蚀针孔出现,并随着试验时间的不断延长而扩展成空蚀坑,蚀坑内有微裂纹出现,蚀坑间也出现了微裂纹,从而导致蚀坑的扩展和表面材料的去除.     

Experimental Study on Influences of Surface Materials on Cavitation Flow Around Hydrofoils

In order to resist on the cavitation erosion, many researchers try to change the solidity and tenacity of the coatings,but ignore the influence of surface characteristics of materials on cavitation flow and the interaction with each other.In this paper, high speed visualization system is used to observe the cavitation flow patterns in di erent stage. After comparing the characteristics of cavitation flow around hydrofoils made of aluminum(Foil A), stainless steel(Foil B)and the hydrofoil painted with epoxy coating(Foil C), the study shows that material has a significant e ect on the cavitation flow. Firstly, when the incipient cavitation occurs, cavitation number of Foil A is highest among three hydrofoils, generating horseshoe vortex randomly. For Foil B and Foil C, it shows in the form of free bubbles. When the sheet cavitation occurs, Foil A has the highest cavitation number and shortest period, which is contrary to Foil C. And cavity consists of lots of small finger-like cavities. For Foil B and Foil C, it both constitutes with many bubbles. Compared with the high-density and small-scale cavities over surface of Foil C, the cavity of Foil B has larger scale and less density,which causes a minimal scope of influence of the re-entrant jet and strong randomness. When the cloud cavitation occurs, Foil C has the lowest cavitation number and shortest period. Secondly, compared with aluminum, both of stainless steel and epoxy coating restrains the occurrence and development of cavitation, and stainless steel and epoxy coating performs better than aluminum. For inception and sheet cavitation, stainless steel performs better than epoxy coating and aluminum. For cloud cavitation, epoxy coating performs better than stainless steel and aluminum.The objective of this paper is applied experimental method to investigate the e ect of surface materials on cavitation around Clark-Y hydrofoils.     

零件磨损表面冷堆焊技术修复工艺研究

论文叙述了冷堆焊技术的原理、特点及国内外的发展现状。研究冷堆焊技术的工艺特点与流程,并用冷堆焊技术对零件损坏表面进行修复。采用线切割截取工件截面,并通过结合强度试验和金相组织观察冷堆焊结果。研究表面,冷堆焊在焊接过程中热影响区小,结合强度较高,结合面裂缝和气泡少,因而冷堆焊是一种良好的表面修复方法。     

阀口气穴流场的数值模拟与实验研究

针对阀口喷流的现象,采用FLUENT商业化CFD软件中的RNGk-ε湍流模型、多相流气穴模型和壁面模型相结合,对阀体内流场进行了模拟。并据此定性分析几何参数、物理参数等对气穴强度的影响,定量预测阀体内气穴发生的区域,减少阀体内的气穴强度,抑制气穴发生,从而寻求优化的流道结构形状,为设计高效率、低能耗、低噪声的液压阀奠定基础,提供重要的理论和实际应用信息。