吸尘装置颗粒物冲蚀磨损特性数值分析

为探究道路除尘装备吸尘装置作业时受颗粒物冲蚀磨损特性,采用计算流体动力学(CFD)方法和离散相模型(DPM),研究气固两相流作用下颗粒对其磨损特性.结果表明:颗粒物对内隔板、管路和四周隔板均产生不同程度磨损,其中壁面最大冲蚀磨损率出现在吸尘腔左侧.气固两相流冲蚀率计算中,Genenic算法准确性较高,而Finnie算法计算的冲蚀率最大值和平均值均偏低,McLaury和Oka算法计算的冲蚀率波动幅度较大.针对冲蚀磨损最严重的吸尘管,提出增加其上下径比的改进方案.优化后,吸尘管路最大和平均冲蚀磨损率均实现降低,抗冲蚀效果实现提升.     

固液两相流泵叶轮用Cr26高铬铸铁的冲蚀率模型及影响因素

采用正交试验方法对Cr26高铬铸铁进行了冲蚀试验,基于冲蚀率理论计算模型对试验数据进行多元非线性回归,得到了Cr26高铬铸铁的冲蚀率计算模型并进行了验证;通过试验和模型计算对冲蚀率随其影响因素的变化规律进行了定量描述。结果表明:所建立的Cr26高铬铸铁冲蚀率计算模型具有较高的准确性;冲蚀率随冲蚀角度的增大先增大后减小再略微增大,最大冲蚀率出现在冲蚀角度40°附近,在低冲蚀角度下磨损形式以切削磨损为主,在高冲蚀角度下磨损形式以变形磨损为主;随着固体颗粒粒径的增大,冲蚀率增大,切削磨损占比增大,变形磨损占比减小;随着冲蚀速度的增加,切削磨损占比减小,变形磨损占比增大。     

基于离散相模型的水力喷砂射孔器优化设计

针对常用水力喷砂射孔器冲蚀磨损严重、使用寿命短的问题,运用数值模拟软件的离散相模型,分析了常用水力喷砂射孔器的冲蚀磨损规律,提出了工具结构和喷嘴结构的优化设计方案;并对新型水力喷砂射孔器的射流性能和耐冲蚀性能进行验证。研究结果表明：常用水力喷砂射孔器的冲蚀磨损主要集中在工具内腔喷嘴入口处、喷嘴内流道和工具外壁喷嘴出口处,且射孔器结构、射孔液运动特性、管柱振动和工作环境是造成冲蚀磨损的4个主要原因;相同条件下,相比于常用水力喷砂射孔器,所提出的新型水力喷砂射孔器的射流速度更大,上下层喷嘴间的速度差更小,耐冲蚀性能更佳。     

冲蚀与气蚀复合磨损试验装置及其试验研究

在分析典型含沙水流的冲蚀、气蚀磨损试验设备和方法的基础上,针对我国水力机械和水工建筑的特殊损伤破坏形式提出了基于射流的水下冲蚀与气蚀复合磨损试验设备和方法。实验室泥沙冲蚀与气蚀复合磨损模拟试验结果表明,该试验装置设计合理,可以在较短时间内获得试验数据。对2种典型的耐磨不锈钢材料进行了冲蚀磨损试验研究,发现2种材料在冲蚀磨损过程中伴随有气蚀作用机制,材料损伤的实质是冲蚀与气蚀的复合磨损。     

冲蚀角度对40CrNi2Mo材料冲蚀磨损性能的影响

采用自主研发的冲蚀磨损试验机对40CrNi2Mo合金钢试样进行冲蚀磨损试验,讨论在不同冲蚀角度下40CrNi2Mo合金钢材料的冲蚀磨损机制,采用电镜分析材料冲蚀磨损后的形貌特征。结果表明:该合金钢的磨损量随冲蚀角度的增大先增大后减小,最后出现小幅回升,最大磨损量出现在30°左右,小角度冲蚀磨损特征表现为微切削,大角度冲蚀磨损特征表现为塑性变形,符合典型的塑性材料的冲蚀磨损规律。     

30CrMo合金钢的冲蚀磨损性能研究

采用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,研究在水力压裂工况下,高速携砂液对高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损作用,分析冲蚀磨损机制以及冲蚀角度和冲蚀速度对30CrMo合金钢冲蚀性能的影响。结果表明,30CrMo合金钢在高速粒子冲击下,其耐冲蚀磨损性能表现一般,属于典型的金属塑性材料;冲蚀角度为30°时,30CrMo的冲蚀磨损量最大;30CrMo的磨损机制与冲蚀角度有直接的关系,冲蚀角度小于30°时,冲蚀磨损机制以切削模型为主,大于30°时以局部塑性变形模型为主;冲蚀磨损量随冲击速度增加而显著增加,在高速冲击时,30CrMo钢的冲蚀磨损较为严重。     

砂浆冲蚀磨损特性研究

用自制的砂浆冲磨损试验机在水－石英砂浆冲蚀条件下，对纯铝、27SiMn钢和高铬铸铁等金属材料的磨损行为进行了试验，研究了不同材料的砂浆冲蚀磨损率与冲蚀速度及冲蚀角度的关系，分析了砂浆冲蚀磨损的特性和机理，提出了一种砂浆冲蚀磨损的刺入机制。     

高压节流阀的冲蚀磨损机理及其激光熔覆再制造

为获取高压节流阀的冲蚀磨损机理并解决其现场应用中的阀芯局部损伤修复问题,进行了高压节流阀的冲蚀磨损试验。在分析冲蚀磨损现象和形貌的基础上,提出了高压节流阀阀芯的冲蚀磨损机理。为恢复高压节流阀阀芯的服役性能,采用铁基合金粉末进行了阀芯的激光熔覆再制造,恢复了阀芯的形状尺寸。再制造阀芯的冲蚀磨损试验结果表明,激光熔覆再制造可恢复高压节流阀的服役性能。     

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。     

镍钛形状记忆合金冲蚀磨损研究进展

介绍了材料的冲蚀磨损理论,主要包括微切削理论、薄片剥落磨损理论、变形磨损理论和二次冲蚀理论,分析了冲蚀磨损的影响因素。在综述N iTi合金冲蚀性能研究现状的基础上,对N iTi合金的冲蚀机制进行了分析,认为超弹性及超塑性(形状记忆效应)起到了决定性的作用,除此之外,加工硬化性能、耐疲劳性、马氏体变体的择优取向及自适应性对N iTi合金的冲蚀性能也起到了很大作用。总结了N iTi合金作为耐冲蚀材料在实际应用中存在的问题,为N iTi合金冲蚀性能的研究方向提出了建议。     

喷嘴抗冲蚀磨损研究及梯度模型设计

分析喷嘴冲蚀磨损特点，指出喷嘴的不同部位同时受到不同角度的冲击；磨料颗粒在喷嘴内部加速运动，喷嘴沿长度方向的磨损程度不同，喷嘴人口磨损最严重，出口次之，而中间区域磨损相对较轻。阐述陶瓷喷嘴冲蚀磨损机理，说明陶瓷喷嘴两端承受以高冲击角为主的冲蚀，磨损机理以应力疲劳断裂和脆性断裂为主；喷嘴中部承受低角冲蚀，微切削冲蚀磨损为其主要磨损机理，得到喷嘴磨损属于多冲蚀磨损机理并存的结论。在此基础上，提出均质材料难以适应喷嘴冲蚀磨损特点，不易满足喷嘴高抗冲蚀磨损性能要求的观点。基于梯度功能技术思想首次提出梯度功能喷嘴设计方法，并建立梯度功能喷嘴设计模型。     

40Cr的冲蚀磨损性能研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以45^#钢为对比材料，对40Cr的冲蚀磨损性能进行了试验研究，结果显示40Cr的冲蚀磨损规律与45^#钢基本相似，而耐冲蚀磨损性能比45^#钢稍强。在电子显微镜（SEM）下对40Cr和45^#钢冲蚀磨损表面形貌进行观察，分析表明：40Cr和45^#钢的冲蚀磨损机制都是硬质砂粒对材料表面的微切削作用。     

QT500的冲蚀磨损试验研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以灰口铸铁（HT200）为对比材料，对球墨铸铁（QT500）的冲蚀磨损性能进行了试验研究，结果显示QTS00的冲蚀磨损规律与HT200基本相似，而耐冲蚀磨损性能比HT200稍强。在电子显微镜（SEM）下对QTS00和HT200冲蚀磨损表面形貌进行观察，分析表明：QTS00的冲蚀磨损机制是硬质砂粒对材料表面的微切削作用，而HT200的冲蚀磨损机制是因赫兹裂纹导致的脆性脱落。     

碳钢奥氏体不锈钢材料在水电工程中应用的局限性

通过对水电站典型应用材料(55钢、1Cr18Ni9Ti、0Cr13Ni5Mo)在冲蚀磨损过程中电化学腐蚀及抗冲蚀磨损性能研究,区分出纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量及腐蚀对磨损的促进分量等在材料失效过程中各占的比例,考察了试验材料的抗冲蚀磨损特性及其磨损与腐蚀间的交互作用,分析了其失效机制。结果表明:不同的冲蚀速度下,0Cr13Ni5Mo不锈钢的冲蚀磨损失重率最小,55钢最大;纯磨损是材料失去的主要方式:55钢虽然纯磨损量较小,但腐蚀及其磨损与腐蚀的交互作用失去量大,1Cr18Ni9Ti不锈钢虽然纯腐蚀量小,但纯磨损量大,因而都有应用的局限性。     

冲蚀速度对40Cr材料抗冲蚀性能影响的研究

对40Cr及对比材料45#钢进行冲蚀磨损模拟现场试验,研究了冲蚀速度对冲蚀磨损的影响规律,结合微流边界层理论,分析了冲蚀速度对冲蚀磨损量的影响,推导了冲蚀速度与磨损量的数学关系式。结果表明:冲蚀速度U与磨损量W呈指数关系,随着U地增大,W也相应地增加,40Cr材料对应的指数n是2.3。     

梯度功能陶瓷喷嘴物理模型设计

在进行磨料喷射喷嘴应力分析和冲蚀磨损试验的基础上,得出喷嘴的冲蚀磨损在入口处最严重、出口次之、中段相对较轻,且该喷嘴冲蚀磨损特点主要由喷嘴入口、出口处承受的高拉应力所致的结论。针对均质陶瓷喷嘴材料的抗冲蚀磨损能力的提高力度有限的现状,提出将陶瓷喷嘴材料设计与喷嘴力学冲蚀磨损机理密切结合,研发新型非均质的陶瓷喷嘴材料的思想。拟订了FGM-1和FGM-2陶瓷喷嘴物理模型,并进行有限元分析,确定了梯度功能陶瓷喷嘴的物理模型。     

增材制造成形方向对冲蚀磨损性能的影响*

增材制造的零部件由于逐层制造而具有各向异性,为研究成形方向对冲蚀磨损性能的影响,采用激光同轴送粉工艺制备逐层堆积的铁基合金熔覆层,并对其显微硬度、金相组织、微观组织及冲蚀后表面形貌进行分析。水平表面(XY)、横截面(YZ)和纵截面(XZ)的显微观察表明:各方向的微观组织结构与热流方向、熔合线密切相关,进而显著影响了细晶区的分布和数量;堆积熔覆层水平上表面的平均显微硬度最大,横截面的平均显微硬度次之,纵截面的平均显微硬度最低;由于冲蚀过程中的加工硬化,弱化了各成形方向之间冲蚀磨损性能的差异,进而导致各成形方向上相似的冲蚀磨损形貌。冲蚀磨损试验表明,堆积熔覆层的冲蚀机制以微切削和犁削为主,堆积熔覆层水平表面的抗冲蚀磨损性能最好,纵截面的抗冲蚀磨损性能最差。     

冲蚀磨损表面及磨屑的分形集合

讨论了分形几何理论在冲蚀磨损中应用的可能性与合理性。并对冲蚀磨损分形维数Ｄ进行了测量和计算。结果表明，冲蚀表面和磨屑均可构成分形集合，它们的分形维数与冲蚀率呈负斜率的直线关系。