深海装备微生物腐蚀研究现状及发展趋势

主要介绍了深海装备微生物腐蚀机制,回顾了深海装备微生物腐蚀现状,分析并概述了微生物腐蚀的研究趋势,并对这一研究领域的影响因素进行了讨论。目前深海微生物腐蚀研究不多,且深海微生物环境模拟方法和技术也存在很多不足和不确定因素,应加强以应用为目的的深海装备微生物腐蚀性能研究,探索其在深海极端环境中的腐蚀规律和防护方法,并建立深海微生物腐蚀数据库,为今后深海装备的设计应用、防腐等性能的提高提供强有力的支持和保障。     

牙轮钻头用单金属密封热流固耦合模型与性能分析

综合考虑密封端面间的粗糙接触、热力变形和黏温特性,构建了密封环与辅助密封件、润滑液膜与密封介质的关联体系,建立了牙轮钻头单金属密封热流固耦合数学模型,并研究了关键钻井参数如环境压力、钻头转速对单金属密封端面膜厚分布形态、温升变化及密封性能的影响规律。研究结果表明：随钻井深度和环境压力的增大,单金属密封端面间隙逐渐由收敛型演化为发散型,膜厚及温升极值点由外径侧向内径侧迁移,其临界转折点为环境压力p0=11 MPa附近;高压工况下,密封端面内径侧接触压力递增,不利于润滑油膜的形成;密封系统的泄漏率和摩擦力随钻头转速增大均有所增大,但在低压工况下可通过合理增大钻头转速来提高钻井效率。     

基于微段组合的干气密封端面型槽结构模型及其参数影响

为解决现有干气密封端面型槽型线方程表征能力不强和结构参数定义体系不统一的问题,提出了一种基于径向微段组合以表征任意形状型线的广义对数螺旋槽结构模型。给出了广义对数螺旋槽结构参数定义体系,对比了不同压力和速度条件下广义螺旋槽与经典螺旋槽干气密封的开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能,重点研究了广义螺旋角分布和型线周向偏转两个特征量对干气密封性能的影响,基于不同目标函数获得了广义螺旋槽的最优形状。结果表明：型槽上游侧壁型线形状对各项稳态性能参数均有显著影响,而下游侧壁型线形状仅对泄漏率和气膜刚度影响显著;经典对数螺旋槽是一种流体动静压效应很强的端面结构,单纯依靠型线优化难以使气膜承载力显著提高,不过在低压高速条件下优化广义螺旋角分布,在高压低速条件下合适设置型线周向偏转有望提高干气密封的气膜刚度和刚漏比。     

分子动力学模拟预测天然气密度和黏度的可行性研究

天然气作为相对清洁、低碳的能源,在我国的一次能源消费占比持续增长,其物性的精准预测对天然气集输利用过程分析至关重要。通过收集文献中天然气在不同温度和压力下的物性实测数据,对比分析了分子动力学模拟和常用经验模型计算天然气密度和黏度的预测精度,明确了不同组成天然气适用的最佳物性预测模型。结果表明,分子动力学模拟在预测天然气黏度方面具有较强的适用性,尤其是在高温高压条件下,当温度为444.4 K时,平均相对误差小于5%;天然气密度则采用现有相对成熟的经验模型更合适,而采用分子动力学模拟方法的几种力场模型预测其精度均不高;天然气密度和黏度预测模型的预测精度,不仅受温度和压力范围的影响,还与天然气组成有关。     

基于遗传算法的干气密封双向槽统一模型与参数优化

通过提出表征能力更强的新型结构模型和引入全局寻优能力更强的智能优化算法以提高双向旋转槽干气密封的稳态密封性能。在综合分析国内外干气密封典型双向旋转槽结构特点的基础上,提出一种动压槽倾角可变的双向旋转槽统一模型。建立双向旋转槽干气密封的几何模型和数学模型,采用有限差分法求解端面膜压控制方程,获得开启力和气膜刚度等稳态性能参数。分析了动压槽倾斜角对干气密封稳态性能的影响规律,对比分析了不同速度条件下单因素优化、迭代优化和遗传算法优化等三种优化方法对提高双向旋转槽干气密封稳态性能的作用。结果表明:相较于以往双向树形槽干气密封单因素优化的结果,基于遗传算法的统一模型槽干气密封获得的开启力和气膜刚度显著提高,最大增幅分别达到6%和55%;在高速条件下,上游动压槽螺旋角为锐角,下游动压槽螺旋角为钝角的似机翼形双向旋转槽干气密封具有最大的开启力和气膜刚度。     

非规则V形表面织构化机械端面密封性能研究

针对一种新型非规则V形表面织构化机械密封端面,建立了界面液膜的润滑模型,采用有限单元方法求解雷诺方程,研究了表面织构开孔面积比、深度比、特征数和密封介质压力对端面密封的承载力、泄漏率、摩擦因数和液膜刚度等密封性能参数的影响规律,并对经典三角形织构和圆形织构化端面密封进行了对比分析。结果表明：端面新型非规则V形织构具有收集和汇聚液膜的作用,增强了动压效应;织构开孔面积比、深度比、特征数和密封介质压力的变化对V形与三角形表面织构的密封性能影响较大,而对圆形织构表面的密封性能影响不明显;在研究几何和工况参数范围内,这种新型V形表面织构的机械密封性能相对较优,其承载力、摩擦因数与液膜刚度均略优于三角形织构,远优于圆形织构,研究结果可为织构化端面密封的设计开发提供支持。     

干气密封螺旋槽几何参数优选交互影响

为解决干气密封(DGS)端面型槽优化中未考虑型槽几何参数之间对目标函数交互影响而导致几何参数优化结果不准确的问题,研究了不同速度条件下DGS螺旋槽中其他几何参数对某一几何参数优选值的交互影响。基于气体润滑理论,建立了螺旋槽DGS的几何模型和数学模型,数值求解获得端面膜压分布和稳态性能参数,定义了综合表征螺旋槽几何结构的特征参数。以气膜刚度最大为优选目标,获得了不同速度条件下DGS螺旋槽中某一几何参数优选值随其他几何参数的变化规律。结果表明:DGS螺旋槽各几何参数两两之间呈现出复杂的交互影响关系,不过总体符合趋向于降低槽内实际通流面积、槽长宽比和槽长深比3个综合参数变化幅值的原则;与单因素优化方法相比,在给定算例参数条件下所提出的考虑几何参数交互影响的优化方法所获得气膜刚度最优值提高11.4%。     

多孔质机械密封耦合润滑模型与密封性能分析

考虑多孔质材料内密封介质渗流与密封端面润滑液膜间的传质耦合关系,建立了一种多孔质机械密封的流体润滑模型,采用有限单元法求解液膜润滑方程和多孔质内部渗流控制方程,研究了膜厚、渗透率、多孔质环几何参数对密封性能的影响规律,揭示了多孔质机械密封的工作机理。结果表明：多孔质机械密封依靠流体静压效应在密封端面成膜,相较于普通平行端面密封,其液膜承载力和轴向刚度更大;随多孔质渗透率的增大,多孔质机械密封泄漏率和开启力逐渐增大,而液膜刚度逐渐减小;液膜厚度的增大会导致泄漏率的增大和开启力的减小,而液膜刚度先增大后减小,且不同渗透率下的最大刚度分别对应不同的膜厚值。研究结果可为多孔质机械密封的工程设计提供新的思路和理论指导。     

高速超临界二氧化碳干气密封实际效应影响分析

超临界二氧化碳介质物性的特殊性使得高速超临界二氧化碳干气密封中的多种实际效应突显,忽略这些实际效应可能会给干气密封稳态性能求解带来较大误差。以螺旋槽干气密封为研究对象,推导了考虑惯性项和实际流态的膜压控制方程,采用有限差分法求得膜压分布,对比分析了基于实际修正模型与经典简化模型的高速超临界二氧化碳干气密封气膜刚度和泄漏率,分析了不同介质压力和速度条件下实际气体效应、惯性效应和湍流效应对气膜刚度和泄漏率的影响规律,揭示了三种效应对稳态性能的单独影响及交互影响机理。结果表明：在本文给定条件下,经典简化模型在速度较小时求得的泄漏率偏小,而在超高速时求得的气膜刚度和泄漏率都偏小;在超高速条件下,实际气体效应使气膜刚度和泄漏率都显著增大,湍流效应使气膜刚度增大,而使泄漏率减小,惯性效应对气膜刚度和泄漏率影响很弱;实际气体效应与湍流效应对稳态性能影响之间具有很强的交互影响关系。     

宽温域下氟醚橡胶的加速老化行为和机理研究

基于氟醚橡胶使用环境的特殊性,从物理和化学角度,在宽温域（-40～225℃）条件下对某国产氟醚橡胶在4050航空润滑油中老化后的质量、力学性能、化学结构、元素组成及热稳定性等有关参数进行了研究,分析了老化温度和老化时间对氟醚橡胶性能的影响规律。结果表明：在相对较宽温域-25～200℃内氟醚橡胶的耐介质老化性能优异,其物化性能在长期老化过程中保持稳定;当老化温度达200℃以上时,溶胀和氧化反应增强,随着老化时间的增加,材料逐渐由软而韧变为硬而脆;特别是在高温225℃下,脱氟化氢反应导致大量C—F键断裂,F元素含量显著减少,同时氧化反应增强并生成CO键,导致O元素含量增多;低温老化过程中氟醚橡胶的质量、化学结构及元素含量基本不变,但-40℃时的玻璃化转变行为会导致力学性能的下降。