煤直接液化减压进料阀组数值模拟与优化

以煤液化减压塔进料前的角阀、球阀及相联管道(简称“减压进料阀组”)的冲蚀磨损失效为研究对象,采用RNG 湍流模型、蒸发-凝结模型、随机轨道模型,结合高温冲蚀磨损实验修正建立的冲蚀磨损模型,数值计算了角阀典型开度下流速、相分率和壁面磨损率等参数的分布规律,并结合实际损伤形貌验证了冲蚀磨损数值方法的正确性。研究结果表明：角阀流道为缩放结构,阀芯头部流速增加,压力降低,发生汽-液转换形成局部空化;空化引起阀组流道内有效传输面积减小,流体介质速度提高,对固相颗粒的拖曳加速效应显著,高速的颗粒碰撞壁面是造成球阀端面及出口管道冲蚀磨损的主要原因。基于等磨损速率对比分析角阀不同入口角度与球阀位置的对应关系,以此提出优化方法。本研究有望为含固多相流介质节流设备的耐磨损优化设计和防控提供参考。     

高浓度充填料浆滚筒磨损实验研究

在分析管道磨损影响因素的基础上,通过设计滚筒装置对料浆对管壁的磨损展开定量化研究。结果表明,在保持料浆固相质量分数80%、滚筒转速1.5m/s时,尾矿比沙对筒壁的磨损相对严重;当固相质量的50%由沙更换为尾砂后,Ⅰ类磨损率将在原来的基础上增加17%,Ⅱ类磨损率增加15.7%;全部采用尾矿制作的料浆,其对滚筒的Ⅰ类磨损率比全部使用沙制作的料浆增加11.1%,对筒壁的Ⅱ类磨损率比之会增加7%;使用自来水制作料浆,其对筒壁的Ⅰ类磨损率比使用矿用水时增大2.4%,对筒壁的Ⅱ类磨损率比之增大4.5%;这表明,由矿用水和自来水两者配成的充填料浆对管壁的磨损无明显差别。     

基于CFD-DEM耦合方法的矸石-粉煤灰充填料浆在竖直弯管中的磨损研究

为研究矸石-粉煤灰高浓度充填料浆在竖直弯管内固液两相流的流动状态及磨损特性，基于EDEM的CFD-DEM耦合方法，以水泥和水混合而成的料浆作为连续相，以矸石和粉煤灰作为离散相，通过引入Archard和Oka磨损模型，计算分析充填管道的磨损性能。研究表明：采用耦合方法能更精确地反映料浆的流态和轨迹，能更准确地反映颗粒与流体的相互作用；充填管道磨损的高危区主要分布在弯管区域；弯管的磨损率随着料浆的流速增加而提高；矸石颗粒粒径以及弯管曲率半径对磨损率的影响与矸石颗粒的受力状态有关。     

某铁矿管道自流输送分析及管道磨损研究

对某铁矿充填系统的管流输送进行了输送参数确定及管道磨损研究,采用经验公式得出料浆临界流速及运输管道的临界管径,并运用Fluent进行数值模拟分析,找出料浆在输送过程中对输送管道磨损较为严重的部位。结果表明,铁矿料浆质量浓度62%~68%时,临界流速0.806~0.831 m/s、输送管道直径0.207～0.209 m条件下可实现自流输送;料浆流动过程中速度与压力最大值集中在管道中心线附近,但在各拐点处的管段料浆流速与压力会产生突增,且最大值在拐点内侧管壁;在拐点后一段管道内料浆流速与压力值先增大后减小,最大值由靠近下管壁逐渐回到管道中心线附近;整个输送管道中磨损较为严重的部位出现在弯管内侧及其接下来的一段管道的下管壁。     

Sialon-SiC耐磨陶瓷的制备及液固冲蚀磨损性能研究

为解决钻探设备关键零部件磨损失效和寿命短的难题,制备新型高耐磨低成本先进陶瓷材料具有重要的科学价值.以Si,Si3N4,Al2O3,AlN和SiC等为原料,通过氮化反应烧结制备Sialon-SiC复相耐磨陶瓷材料,其主要物相为β-Sialon和α-SiC,其中β-Sialon晶粒呈长柱状.加入30%细颗粒SiC可显著提高Sialon-SiC复相陶瓷液固冲蚀磨损性能.SiC细颗粒的"阴影效应"能够保护背向冲蚀面的基体相免受冲蚀破坏.Sialon-SiC复相陶瓷的液固冲蚀磨损主要表现为材料内的气孔边缘、缺陷区域和基体的凿削和切削.     

基于FLUENT的管道磨损分析及换边规律研究

利用FLUENT磨损模型,模拟研究当固液混合流通过直管道时,不同的固相颗粒速度、粒度和固相浓度对管壁造成的影响。结果表明:管道磨损受速度和粒度的影响均呈非线性关系,受速度的影响较大;当质量浓度为5%~25%时,浓度与管壁的磨损近似为线性关系。模拟分析了3种不同口径管道的磨损区域分布,最大磨损率均出现在管道内壁下表面,磨损区域呈扇状对称分布在管道内壁下侧。根据这一分布特点提出一种换边的方法,可使管道的使用寿命提高3~4倍。     

基于热—流—固耦合的管道弯头冲蚀分析与优化

管道在油气集输系统中运用十分广泛,其失效形式也多种多样,其中由于介质的流动而造成的冲蚀磨损是管道常见的失效形式之一。而在具有腐蚀性多相流体作用下,管道弯头通常是最容易受到损坏的部件。借助于Ansys Workbench 14.0对流体流经常规管道弯头和添加盲通后的管道弯头进行了数值模拟分析,研究了不同入口温度、不同流速、不同弯径比、不同固体颗粒含量、不同弯头角度等因素对管道弯头以及添加盲通后的管道弯头冲蚀失效的影响。分析结果表明:常规弯管的弯头两颊往往是冲蚀磨损最严重的部位;而对于盲通管而言,冲蚀最严重的地方主要集中在盲端处,弯头处受到的冲蚀程度较小;弯头的受损受多种因素的影响,适当增大流体介质温度、减小流速、增大弯径比、减少流体介质中固体颗粒含量,均可以有效地缓解冲蚀受损,冲蚀角度在40°~50°冲蚀程度最为严重,研究为进一步研究多相混输管道冲蚀机理提供相关的理论支持。     

胶结充填体抗压强度尺寸效应的试验研究

尺寸变化会影响材料的力学性能参数,充填体作为一种类混凝土材料,其立方体试件的单轴抗压强度具有显著的尺寸效应。保证灰砂比、料浆浓度和养护龄期等条件一致,研究尺寸变化对胶结充填体单轴抗压强度的影响并结合VIC-3D全场应变测量系统对充填体试件的破裂演化过程进行监测。结果表明:胶结充填体的单轴抗压强度随着立方体试件尺寸的增大而逐渐减小,减少近一半,试件的峰值应变随着尺寸的增大而逐渐减小,并稳定在0.9%附近,弹性模量和变形模量随着尺寸的增大而逐渐增大;引入尺寸效应度对试件峰值强度的尺寸效应进行定量分析,尺寸为200 mm的试件的尺寸效应度达到了54%;尺寸较小的试块破坏时表面出现多条裂纹,随着试件尺寸的增大,试件破坏时表面出现显著的宏观破坏带,尺寸较大的试块在达到峰值强度时,局部区域发生严重的损伤断裂,大部分区域并未发生明显的应变变化。     

纳米单晶铜磨料磨损的分子动力学研究

使用开源分子动力学模拟软件,建立了单晶铜三体磨料磨损的分子动力学模型,模拟不同水膜厚度和载荷下单晶铜三体磨料磨损的过程,分析了在水膜厚度和载荷对单晶铜基体磨料磨损的磨损机制和磨损率。结果表明:无水膜时,磨料直接压入单晶铜基体,随着载荷的增大,基体被磨损的铜原子大幅度增加。在一定载荷下,由于水膜具有优异的承载和润滑作用,随着水膜厚度的增大,单晶铜基体磨损率减小。在一定水膜厚度下,随着载荷的增大,磨料压穿水膜与基体直接接触,且磨料与基体间的作用力随载荷增大而增大,故基体的磨损率增大。     

刮板输送机中部槽冲击磨损的试验研究

在矿井开采过程中,认为刮板输送机中部槽冲击磨损与冲击高度、冲击流量以及煤流速率均呈现为正相关系,其磨损量影响程度表现为:煤体性质>冲击流量>冲击高度>煤流速率,研究表明当冲击高度为0.8m、冲击流量为15t/h、煤流速率为0.25m/s以及煤体性质为无烟煤时,磨损量最大。     

液固两相流泵叶轮内流场数值分析与试验研究

利用FLUENT软件欧拉多相流模型对低比转速液固两相流泵叶轮内流场进行了三维数值模拟研究,依据数值计算结果,分析了叶轮内液固两相流场;同时对该叶轮进行了试验研究,试验结果符合设计要求。通过比较数值计算结果和试验结果,发现两者的扬程和效率都比较相近。     

HVOF喷涂WC/Co涂层冲蚀磨损机理研究

采用超音速火焰喷涂工艺(HVOF)制备WC-12Co喷涂层,采用棕刚玉磨粒对所制备涂层在冲蚀角度分别为30°和90°下进行常温固体粒子冲蚀磨损试验。探讨了WC-12Co涂层的冲蚀磨损机理,结果表明:WC-12Co涂层为典型的脆性材料。     

奥氏体不锈钢C、N离子注入表面改性的研究

采用D/MAX-ⅢB型X射线衍射仪、原位纳米力学测试系统、LKDM-2000型摩擦磨损仪、S-3000N型扫描电子显微镜和CHI660A电化学工作站,对经C、N离子注入的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的组织及耐磨性、耐蚀性进行了较深入地研究。研究结果表明,1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢经离子注入后,注入层硬度提高,摩擦系数降低,耐磨性提高,抗腐蚀性增强;注入N+的剂量为2.44×1017ions/cm2时,注入层的硬度最高,耐磨、耐蚀性最好,性能最佳。     

奥氏体不锈钢C、N离子注入表面改性的研究

采用D/MAX-ⅢB型X射线衍射仪、原位纳米力学测试系统、LKDM-2000型摩擦磨损仪、S-3000N型扫描电子显微镜和CHI660A电化学工作站对经C、N离子注入的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢的组织及耐磨性、耐蚀性进行了较深入地研究。研究结果表明,1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢经离子注入后,注入层硬度提高,摩擦系数降低,耐磨性提高,抗腐蚀性增强;注入N+的剂量为2.44×1017ions/cm2时,注入层的硬度最高,耐磨、耐蚀性最好,性能最佳。     

某铁矿充填管网延深参数优化研究

为减少某铁矿充填管道磨损、降低充填作业的堵管风险,达到优化井下管网的目的,通过全尾砂粒度分析、塌落度试验和L管流动性试验,对该铁矿充填料浆的流动性能进行了研究,确定了结构流态料浆浓度、流变参数,计算了结构流状态下料浆自流输送的沿程阻力,并得到了管网延伸的最优布设地点。研究表明：该铁矿全尾砂粒度较细,平均粒径为51.6 μm,72%～70%料浆塌落度为28.6～27.3 cm,屈服剪切应力τ0为3.690～1.471 Pa,黏性系数η为0.701～0.450 Pa·s。由试验过程及结果可确定充填料浆浓度为72%～70%时呈现结构流态。在上述分析的基础上,对深部矿体充填管网延深参数进行了优化,当料浆浓度为72%时,沿程输送阻力为1.420～1.893 kPa/m,充填天井布设范围应为631～673 m,此时结构流态料浆的自流输送可有效克服满管率低、管道磨损严重等不足。     

基于CFD-DEM方法的矿浆泵磨损特性研究

基于CFD-DEM耦合的方法,同时结合Archard磨损模型,对小流量矿浆泵在不同流量、不同颗粒粒径等工况下进行数值模拟,分析了泵内颗粒运动规律、颗粒在不同流域的分布情况以及颗粒与泵过流部件的碰撞规律,研究了矿浆泵内过流部件尤其是蜗壳的磨损特性。结果显示,蜗壳存在一定堵塞,蜗壳靠近隔舌段颗粒形成低速堵塞区,蜗壳的磨损主要集中在上半部分及隔舌附近的位置;随着流量增大,颗粒速度增大,颗粒与壁面碰撞时动能增大,矿浆泵体磨损情况增强;小粒径颗粒工况下磨损情况更严重。     

奥氏体不锈钢焊接接头的晶间腐蚀

介绍了奥氏体不锈钢焊接接头的腐蚀类型,分析了奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀产生的机理,阐述了防止和消除奥氏体不锈钢焊接接头晶间腐蚀的方法及手工电弧焊焊接奥氏体不锈钢时应采取的工艺措施。     

n-Al2O3和MoS2填充环氧树脂涂层耐冲蚀磨损的性能及应用研究

研究了固化剂低分子聚酰胺、纳米Al2O3和MoS2的用量对环氧树脂涂层耐冲蚀磨损性能的影响,在最佳配方下,涂层的耐冲蚀磨损性能是45钢的9倍,并用它修复了磨损砂浆泵叶轮,效果明显.     

晶界特征分布对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢绝热剪切带自组织的影响

通过形变热处理工艺优化不锈钢的晶界特征分布,并采用厚壁圆筒外爆压缩加载实验对形变热处理前后的试样进行动态加载,研究了晶界特征分布对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢绝热剪切带自组织的影响。结果表明,形变热处理工艺优化了不锈钢的晶界特征分布,特殊晶界比例尤其是∑3晶界比例分别从27.8%,18.9%提高到72.5%,55.8%,一般大角度晶界被小角度晶界和特殊晶粒团簇取代或阻断。加载后两种状态试样的剪切带的数量和间距差别较小,但是固溶试样剪切带的平均扩展速率为446 m/s,最长剪切带长度为2.33 mm,而形变热处理试样分别为338 m/s和1.75 mm。晶界特征分布优化对剪切带的形核影响较小,但是由于特殊晶界比例的提高,明显阻碍了绝热剪切带的扩展,提高了高速变形条件下的抗损伤能力。