加砂压裂中固体支撑剂对压裂管道的冲蚀磨损研究

为研究压裂高压管汇在大排量携砂液输送过程中的管壁冲蚀磨损问题，应用CFD方法及Fluent软件，建立了高压管汇主要管件三通管的冲蚀模型，基于数值模拟计算研究了冲蚀发生机理及位置，探讨了高压管汇的冲蚀特点。结果表明:压裂液流动方向变化区域存在严重的冲蚀现象，如主管与支管连接处；三通主管下游段，内壁冲蚀主要是来自支管的固体支撑剂在运动方向改变时对内壁低角度切削；管汇里越靠近井口的三通因为压裂液流量增加，主管下游段两侧冲蚀越严重。该研究结果可为管汇设计制造、关键部位检测等提供技术参考。     

海洋工况下航空发动机冷端叶片的冲蚀损伤与防护概述

围绕海洋环境下航空发动机的服役特点,针对发动机叶片在海洋/近岸地区不同气候条件下的工作状况,对发动机冷端叶片在腐蚀-冲蚀联合作用下的失效机制进行了梳理总结.对海洋环境下服役的发动机叶片防护涂层的相关研究进行了归纳,总结了不同叶片防护涂层的设计理念及其性能表现.对于航空发动机叶片的防护涂层,目前主要是以一元或多元金属氮化物涂层,和金属相与陶瓷相的键合涂层为主,两类涂层的设计目的在于通过控制涂层中的相含量来调控涂层的强韧比和耐磨耐蚀性.     

激光熔覆Ni基纳米复合涂层的冲蚀性能研究

目的 对动态腐蚀条件下涂层的耐蚀性进行分析评估。方法 采用激光熔覆技术,在40Cr钢表面沉积Ni基纳米复合涂层。模拟真实的海洋环境,对Ni基涂层进行冲蚀实验,分析了海水冲击、颗粒磨损等外力作用与腐蚀之间的耦合作用对涂层性能的影响。选用自制的360°旋转冲刷机,研究含沙量、旋转速度对涂层耐蚀性的影响,并对冲蚀后的样品进行显微观察、质量损失分析和电化学性能的测试。结果 当含沙量为0.3%,腐蚀时间为48 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min >600 r/min >900 r/min;腐蚀时间为96 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min >900 r/min >600 r/min;腐蚀时间为144 h时,不同转速下耐蚀性由强到弱依次为300 r/min >900 r/min >600 r/min。当转速为600 r/min时,腐蚀时间由48 h进行到144 h,在无沙条件下,质量几乎没有变化,甚至有微小的增量;当含沙量为0.3%时,涂层的质量损失较为明显,冲蚀144 h后,质量损失达73.71 g/m2。结论 当含沙量一定,且冲刷速度较低时,腐蚀主要以电化学作用为主,提高转速,腐蚀速率加快。当转速一定时,腐蚀速率增大。在含沙量很高的情况下,腐蚀情况稍有减缓。     

矿井风机叶片磨损机理与抗磨技术研究进展

从固体颗粒冲击叶片和气固两相流动过程两个方面论述矿井风机叶片磨损机理和规律,分析各种冲蚀磨损理论的优缺点,进而归纳出影响矿井风机叶片磨损的各种因素,其中材料硬度、颗粒特性、冲击速度和冲击角度对叶片磨损影响较大。分析矿井风机叶片多种抗磨防护技术原理并指出:冲蚀磨损机理研究应从宏观的力学分析深入到磨粒与材料的微观和宏观组织相互作用;深入研究动力学机理,将材料单纯的抗磨与抗冲击缓冲相结合;进一步应用数值计算和实验测试方法,提高流场磨粒速度和冲击角时空分布的预测计算精度。从而设计开发出耐磨弹性梯度材料、耐磨新材料和新涂层材料。     

等离子喷涂 YSZ 涂层瞬态超高温冲蚀性能研究

目的研究等离子喷涂YSZ涂层的瞬态超高温烧蚀性能。方法借助超音速火焰喷涂设备实现超高温高速火焰,对等离子喷涂YSZ涂层进行瞬态冲蚀,通过火焰中加送氧化铝颗粒模拟对涂层的高温冲刷。采用常规手段评价涂层的抗瞬态超高温冲蚀性能,并对冲蚀部位进行微观观察,探讨涂层的失效机理。结果在3000 K、不添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料表面发生沸腾;喷涂0.6 mm YSZ的试样在火焰冲击60 s后涂层完好。在3000 K、添加砂粒的条件下,火焰冲击3 s后钢基体材料被冲刷出约1.0 mm深坑;喷涂0.6 mm YSZ试样的涂层被火焰冲刷剥落,但基体未受明显损伤;喷涂1 mm YSZ的试样,试验后仍保留部分涂层。结论在3000 K高温瞬态冲蚀条件下,热喷涂1 mm厚YSZ涂层可对材料表面形成有效防护。     

聚氨酯涂层固体颗粒冲蚀研究进展

对聚氨酯涂层固体颗粒弹性冲击、塑性冲击及弹塑性冲击的冲蚀过程进行了综述和分析,分别从内部因素和外部因素讨论了影响聚氨酯涂层固体颗粒冲蚀性能的因素,并对现有的固体颗粒冲蚀设备、试验方法及标准进行了归纳总结,最后指出了聚氨酯涂层固体颗粒冲蚀研究中的问题并展望了未来发展方向。     

新型高分子抑尘剂的性能实验研究

为了进一步改善抑尘剂抑尘性能,自主研发了新型高分子抑尘剂。以阜新发电厂末煤为实验原型,对8组小煤堆 在自然条件下进行抑尘性能实验。研究其表面固化效果、耐水冲蚀性、抗风蚀性、流动性等主要性能,得出其在不同条 件下的最佳浓度配比。实验结果表明:新型抑尘剂具有良好的抑尘功能,其耐水冲蚀性和抗风蚀性随抑尘剂浓度增加而 增强。在多雨地区,抑尘剂溶液最佳浓度是3%,浓度大于3%时抑尘剂耐水冲蚀性随浓度增加效果不明显;在干燥多风地 区,当煤堆储存在30天以内时,抑尘剂溶液最佳浓度范围为1%~3%,储存30~50天时,最佳浓度范围为3%~4%,储存在50 天以上时,最佳浓度为5%。抑尘剂溶液流动性随浓度增加而降低,高浓度抑尘剂喷洒时不易实现均匀喷洒,浓度超过3% 的抑尘剂喷洒时需提前用低浓度溶液进行预湿润。     

采气管线压力调节阀的冲蚀特性研究

为准确定位采气管线压力调节阀危险部位和计算冲蚀壁厚损失,通过现场测量和三维建模数值模拟方法,研究了不同工况下阀门内部流速分布,分析了不同开度的冲蚀权重,优化了Tulsa模型的颗粒撞击角度函数。结果表明:笼套、阀芯、出口短节处流速较高,约为33～45 m/s。开度30%,70%,100%的工况分别占总运行时间的5%,25%,70%,对冲蚀的贡献分别为21%～32%,30%～40%,28%～49%。随阀门开度增加,笼套、阀芯处冲蚀有减弱趋势,改进后的模型可准确描述各部位的壁厚损失。     

页岩气压裂弯管中液固两相流冲蚀磨损的数值模拟

为了研究超高压水力压裂下支撑剂颗粒进入弯管后冲蚀磨损区域的变化特性。基于液-固两相流理论、Fluent冲蚀模型建立弯管冲蚀模型,结合弯管内流场分析颗粒运动轨迹,引入斯托克斯数（St）探究冲蚀磨损区域变化,并进行数值分析。研究结果表明:弯管中冲蚀磨损发生区域有5处,主要严重区域有3处,弯管流场会改变固体颗粒数量及对壁面冲击动能与运动轨迹,St变化会明显引起冲蚀磨损区域的规律性变化;随着St从0~1至St>1变化,弯管段内壁面外侧（液体进入弯管后的正对区域）与直管段靠近弯管段的侧方区域的冲蚀磨损情况呈现“此消彼长”的规律性差异;管径越小,最大冲蚀速率的增长幅度越明显,增大管径,是减小冲蚀磨损的有效途径。研究结果对压裂弯管的改进设计及管道安全防护具有指导作用。     

钛合金叶片防护涂层研究--十五科研项目工作总结

针对先进航空发动机压气机用钛合金，研究真空多弧离子镀技术在钛合金上制备ZrN抗冲蚀防护涂层及NiCrAlY抗氧化防护涂层工艺。结果表明，ZrN涂层大大提高了钛合金的抗冲蚀性能，扩散障＋NiCrAlY涂层有效地抑制了钛合金的氧化，涂层对钛合金起到了很好的防护作用，并制备了钛合金叶片涂层样件。