管道内气固两相流磨损与腐蚀特性研究

论文摘要

在利用有色冶金中低温烟气余热时,管道的低温电化学腐蚀和气固两相流动冲刷磨损时常发生,该过程机理复杂且耦合作用强烈,因此,对其开展深入研究具有重要理论意义和实际应用价值。论文围绕管道的低温腐蚀和冲刷磨损问题展开研究,旨在进一步有效回收有色冶金中低温烟气余热。对于冲刷磨损,运用FLUENT6.3进行数值模拟研究,建立了适合计算工况的气固两相流数学模型,模拟了冲刷磨损量、切应力及其沿管道的分布情况,并对不同气相速度、固相速度、两相速度、颗粒直径、颗粒含量等流体力学因素条件下的模拟结果进行了比较分析。对于低温腐蚀,基于电化学腐蚀线性极化技术,测量了45#碳钢、A6NO1S-T5铝合金和310不锈钢的极化曲线、腐蚀电位和腐蚀电流,对不同酸溶液浓度、反应温度等条件下的实验结果进行了比较分析。本论文得到的主要结论有：1)气相速度增大使得磨损量与切应力都有所增大,集中磨损区域面积减小；固相速度增加至25～30m/s时最大磨损量急剧增大,切应力也有所增大；两相速度增大使得材料的磨损量与切应力都增大,且集中磨损区域面积减小,位置前移。2)在一定范围内,固体颗粒直径增大使得磨损量减小,集中磨损区域面积减小,位置不变,而切应力基本保持不变；固体颗粒含量增加使得磨损量增大,集中磨损区域面积增大,位置后移,而切应力基本保持不变。3)在中低浓度酸液和较高温度时,铝合金的腐蚀速率较小,而在高浓度酸液中,不锈钢的腐蚀速率很小。4)H2SO4溶液浓度的增大对腐蚀速率的影响整体表现为先促进后抑制,当浓度较低时,浓度的增大促进阴极反应中H2的析出,加快电化学腐蚀过程,腐蚀速率增大；随着浓度的增大,H2SO4的氧化性增强,导致材料表面氧化,此保护膜阻碍腐蚀进行。5)温度的升高对腐蚀速率的影响表现为促进,温度升高使得溶液中离子的活度增加,扩散速度加快,促进了阴极的析氢反应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 有色冶金烟气的腐蚀与磨损
• 1.3 研究历程及现状
• 1.4 课题来源及研究内容
• 第2章 冲刷磨损与低温腐蚀原理
• 2.1 概述
• 2.2 冲刷磨损
• 2.3 低温腐蚀
• 2.4 电化学腐蚀原理
• 2.4.1 金属腐蚀的电极过程
• 2.4.2 电化学腐蚀反应动力学
• 2.4.3 塔菲尔公式
• 2.5 本章小结
• 第3章 冲刷磨损的数值模拟
• 3.1 物理模型及网格划分
• 3.2 数值模型
• 3.2.1 连续相（气相）模型
• 3.2.2 Lagrange离散相模型
• 3.2.3 冲刷磨损计算模型
• 3.3 控制方程离散化
• 3.4 模拟结果与分析
• 3.4.1 气相速度的影响
• 3.4.2 固相速度的影响
• 3.4.3 两相速度的影响
• 3.4.4 固体颗粒直径的影响
• 3.4.5 固体颗粒含量的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 低温腐蚀的实验研究
• 4.1 实验原理
• 4.2 实验装置
• 4.3 实验过程
• 4.4 实验数据与结果分析
• 4.4.1 腐蚀速率与材料之间的关系
• 2SO₄溶液浓度之间的关系'>4.4.2 腐蚀速率与H₂SO₄溶液浓度之间的关系
• 4.4.3 腐蚀速率与反应温度之间的关系
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的主要研究成果
• 致谢