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《高速多相海水中材料流動腐蝕的數(shù)值模擬與實驗驗證》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、北京化工大學博士學位論文高速多相海水中材料流動腐蝕的數(shù)值模擬與實驗驗證摘要本文利用管流式和磁致伸縮動態(tài)模擬試驗裝置，采用數(shù)值計算和實驗研究相結(jié)合的方法，研究碳鋼、雙相鋼和316L不銹鋼等在流動多相海水中的流動腐蝕機理，利用模擬實驗數(shù)據(jù)，預測、判定實際工況條件下金屬材料流動腐蝕的情況，這有可能成為人們研究和認識多相流動腐蝕的一種重要手段。實驗結(jié)果表明：在流動多相中性氯化物體系中，碳鋼、雙相鋼腐蝕速度隨流速的上升而增大，在固液兩相流中存在一個使腐蝕速度急劇增大的臨界流速值；在氣液兩相流中，金屬空蝕速度隨著鹽濃度的增大而增大：隨著介質(zhì)溫度增加，空蝕
2、速度先增大后減小。對于碳鋼，流動腐蝕均為陰極氧的擴散過程控制；對于雙相鋼、316L鋼，腐蝕過程主要受陽極反應(yīng)控制。雙相鋼流動腐蝕速度要遠小于碳鋼的，這表明雙相鋼具有良好的耐蝕性，在一定流速范圍內(nèi)，在實際工況條件下可用。針對以上實驗研究體系，引入流體力學基本理論，結(jié)合固體顆粒運動隨機軌道模型，以及空泡產(chǎn)生和潰滅波動方程，根據(jù)質(zhì)量、動量和能量守恒原理，應(yīng)用數(shù)值模擬流體流動的方法，分別確立了固液、氣液兩相流動體系中的流體力學模型和傳質(zhì)模型，在腐蝕動力學研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮流體力學破壞和電化學腐蝕兩方面因素，構(gòu)建了碳鋼、雙相鋼在多相海水中的流動腐蝕
3、綜合數(shù)學模型。北京化工大學博士學位論文采用sIMPLER算法，對流場、氧濃度場進行模擬，計算了電極表面近壁處流體力學參數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)；同時，根據(jù)流動腐蝕動力學模型，數(shù)值計算流動腐蝕速度，并與實測結(jié)果進行比較。結(jié)果表明：材料近壁處多相流體力學參數(shù)，隨著流速的增加而緩慢增大，但影響并不顯著，表明顆粒、空泡對材料的力學沖擊破壞作用也不大。顆粒與空泡的存在，卻改變了介質(zhì)流場的分布、對近壁處流體力學參數(shù)以及傳質(zhì)過程影響十分強烈。固體顆粒的運動和空泡的產(chǎn)生和潰滅對溶液的“微攪動”作用，大大加強了氧的傳質(zhì)過程，引起腐蝕電化學反應(yīng)加劇，并流體力學因素之間協(xié)同交
4、互作用，導致材料流動腐蝕加劇。然而，盡管固液和氣液兩相流體對材料表面的流體力學破壞作用較小，但已不可忽視。數(shù)值計算結(jié)果與實測流動腐蝕速度基本一致，表明了結(jié)合實驗、進行合理假設(shè)，建立的流動腐蝕動力學模型是正確的，開發(fā)的程序軟件是合理的。此外，采用外加陰極電流、充氮除氧和添加沉淀膜型緩蝕劑等實驗方法，通過抑制腐蝕電化學因素在流動腐蝕中的作用，流動腐蝕大大降低。這進一步驗證了在流動中性氯化物體系中，金屬材料流動腐蝕加劇的實質(zhì)在于流體力學因素與腐蝕電化學因素間交互作用引起的協(xié)同效應(yīng)。其中，腐蝕電化學因素仍起著主要的作用。因此陰極保護方法可以用來有效防
5、止金屬材料在流動多相海水中的腐蝕。在腐蝕動力學過程研究中發(fā)現(xiàn)，在多相流動海水中，碳鋼、雙相鋼電極阻抗譜，隨流速增加，容抗半圓弧半徑減小，腐蝕反應(yīng)阻抗降低，低頻實部收縮更為明顯。這表明此時均勻腐蝕和局部腐蝕都很嚴重。這也驗證了在流體腐蝕過程中，電化學腐蝕確實起著主要作用。碳鋼陽極反應(yīng)的阻力較小，腐蝕過程主要受濃差極化過程控制。而不銹鋼腐蝕反應(yīng)主要受電極活化反應(yīng)離子在鈍化膜中的擴散、遷移過程北京化工大學博士學位論文是腐蝕速度控制步驟。為了進一步研究流體流動對腐蝕動力學過程的影響，引入zSimpwin軟件，對碳鋼、雙相鋼實測阻抗譜進行了解析，并提出
6、了相應(yīng)的等效電路。流體力學因素對電極反應(yīng)動力學參數(shù)作用的定量分析結(jié)果表明，隨流速增加，界面反應(yīng)電阻R。減小，腐蝕反應(yīng)阻抗逐漸減小，腐蝕加??；界面電容Q(C。，)先增大后減小，電容隨流速的變化規(guī)律比較復雜。流體流動對電極反應(yīng)動力學參數(shù)的影響十分顯著。關(guān)鍵詞多相海水，流動腐蝕，機理，數(shù)值模擬，電化學III北京化工大學博士學位論文NUMERICALSIMULATl0NOFFLOW-INDUCEDCORROSl0N0FMETALSINHIGHFLOWMULTIPHASESEAWATERANDTESTVERIFICAT工0NABSTRACTThenow
7、—inducedcorrosionofmetals(includingcarbonsteel，duplexstainlesssteeland316Lstainles。steel)inhighnowingmultiphaseseawater、Vasstudied，bymeansofloopnowapparatusaIldVibratorydeVices，usingmethodsofcombinationofexperimentalresearcha11dnmericalsimulation．1kfeasibil時aboutⅡleapplicat
8、ionofsimulatingdadatopredictthenow．洫ducedcorrosionofmetalsllIldcrserviceconditions
