基于CFD-DEM方法的组合管路磨损特性研究

鉴于管道磨损对于确保管道系统的安全、经济和可持续运行至关重要,基于计算流体力学——离散元耦合法(CFD-DEM),对一种由2个90°弯头组成的组合管路固液两相流磨损特性进行了数值模拟研究。结果表明,在颗粒体积浓度保持恒定的情况下,随着流速的增加,磨损率将呈指数型增长,并与碰撞速度的2.41次方成正比;随着颗粒浓度的增加,2个弯头的碰撞频率和磨损率的增长率出现了不同的变化,高浓度工况下管道内更易出现“护盾效应”;弯头间距的增大使得颗粒的流动更为充分,同时削弱了弯头内二次流的影响,导致颗粒与壁面接触的次数减少,碰撞频率和磨损率也随之降低;在相同浓度的混合粒径工况下,粒径的增加将导致弯头壁面的平均磨损率减少,然而大颗粒的惯性力增加将导致弯头壁面的最大磨损率增加。研究结果为组合管路的抗磨损性能提升提供了理论支撑。

燃油介质作动器往复密封摩擦热效应及磨损特性分析

发动机矢量推力作动器采用燃油作为传动介质,燃油的低黏度将使作动器密封接触面处于不良润滑条件,密封件摩擦磨损问题突出。针对燃油介质作动器不同压力、作动速度及油液温度的工作环境,建立往复密封热弹流混合润滑数值仿真模型,分析往复密封接触面摩擦热效应对油膜行为的影响,确定热分析边界条件,计算密封系统的瞬态温度分布。根据热分析结果,对油液黏度及密封区域内的油膜厚度进行修正,考虑密封件润滑条件探究摩擦热效应对密封性能与磨损特性的作用机理,分析不同工况条件对油膜厚度、摩擦力和磨损深度分布的影响,为设计高性能航空密封件奠定理论基础。

浸锑石墨与无压烧结SiC和3D打印SiC密封材料配对副的摩擦磨损特性研究

为研究干气密封用密封材料的摩擦学特性,采用销盘旋转试验台研究3种浸锑石墨在干摩擦条件下分别与无压烧结SiC和3D打印SiC配对时的摩擦磨损特性,探讨了速度、载荷对密封材料摩擦磨损特性的影响,揭示了配对副材料表面的磨损机理。结果表明:随着载荷p与速度v的乘积(pv值)的增大,摩擦因数和磨损率均呈现逐渐减小趋势;在pv值较小时磨损机理为严重的磨粒磨损和轻微的黏着磨损,在pv值较高时磨损主要发生在碳化硅摩擦表面黏附的石墨转移层间,磨损机理主要表现为黏着磨损;在研究pv值变化对浸锑石墨与SiC密封材料配对副摩擦磨损特性的影响时,首选定载荷变速度试验方法。

适用于下一代太阳能热发电的集热颗粒磨损特性研究

以铝矾土惰性颗粒为研究对象,使用三腔磨损试验台获取颗粒耐磨性能和粒径分布变化规律,颗粒120 h磨损率约2.5%,粒径分布演变模型中转化比例符合正态分布(σ=1/2,d_(s)=4d)时模拟效果最好。提出磨损转换系数,通过引入磨损耗散能量作为中间量,将磨损测试设备中获取的颗粒磨损特性推广到实际太阳能热发电系统中。以100 kW太阳能热发电系统为例,计算得铝矾土惰性颗粒在系统各设备间循环一次的磨损相当于在三腔磨损试验台中运行0.0114 h,从而获得系统补料策略。

航空轮胎胎面胶等效工况磨损特性研究

使用自主研制的航空轮胎等效摩擦磨损试验平台对航空轮胎不同服役工况下的摩擦行为进行等效拆解,研究加载条件对加速起飞、着陆瞬间和制动滑行摩擦工况对胎面胶磨损特性的影响。结果表明:3种工况中,制动滑行是航空轮胎胎面胶快速磨损的主要工况,制动滑行工况下胎面胶磨损率明显大于加速起飞和着陆瞬间工况下;等效摩擦磨损试验平台可实现航空轮胎胎面胶摩擦行为的模拟,可作为高耐磨胎面胶配方开发的评价工具。

侧喷吹减磨弯头磨损特性的CFD-DEM仿真分析

为实现煤粉颗粒在管道和喷枪内的稳定可靠输送和精确喷吹,明确不同类型弯头的磨损特性,基于Archard磨损模型采用计算流体力学与离散元耦合(CFD-DEM)方法,对普通弯头、T型弯头、堵塞型弯头、球型弯头处的颗粒切向速度分布和磨损特性进行分析。研究发现:T型弯头磨损区域主要集中在颗粒床靠近弯头出口的下方,堵塞型弯头磨损区域主要集中在弯头凸棱处且磨损区域面积较小,球型弯头磨损主要集中在颗粒首次冲击区域;堵塞型弯头均布碰撞强度最大,但磨损区域较小弯头凸棱处的磨损点较为集中;堵塞型弯头最大磨损量增速最高,球型弯头最大磨损量增最小。

基于Archard磨损模型的采煤机导向滑靴磨损特性研究

为了研究采煤机导向滑靴导向槽磨损规律,以某型号采煤机导向滑靴作为研究对象,基于Archard磨损模型建立了导向滑靴数学磨损模型,使用ABAQUS软件对导向滑靴与销排的相对滑动进行了仿真,分析了导向槽表面的磨损特性,探究了滑移距离对导向槽磨损的影响规律。研究结果表明:磨损初期导向滑靴与销排的实际接触面积逐渐增大,接触压力逐渐减小;采煤机运行100 km时导向滑靴的最大磨损深度为4.379 mm,对于耐磨层厚度为6 mm的导向滑靴,采煤机运行450 h后考虑对导向滑靴进行检修。

S Zorb装置转剂线腐蚀风险评估与磨损特性分析

催化裂化汽油吸附脱硫技术(S Zorb)是一种清洁汽油生产的核心技术,近年来,S Zorb装置中出现的转剂线磨损和泄漏等问题已成为石油化工行业内的共性难点问题。某公司2号S Zorb装置自2013年投用以来,转剂线频繁出现磨损和泄漏问题,以该案例为研究对象,对转剂线开展腐蚀风险评估以及气固两相流流态和磨损机理等综合特性分析,同时对弯管弯径比和气速对磨损的影响进行了讨论,为转剂线的设计优化以及运行可靠性的提升提供了参考。

高速铁路接触网定位装置的磨损特性研究

基于Archard磨损理论、力学和摩擦学,结合宏观和有限元分析方法,建立定位装置磨损数值模型,研究定位装置受到的水平拉力对其磨损等现象的影响。结果表明:水平拉力对定位装置磨损产生显著影响;随着拉力的增加,零部件之间的约束逐渐增强,水平拉力在合适范围内可以减缓定位装置的磨损和应力集中;影响定位装置磨损的因素主要包括应力集中、接触压应力和相对滑动;通过调节水平拉力可以减缓定位装置的磨损,从而提高其服役寿命。

考虑磨损特性的动臂塔式起重机变幅钢丝绳损伤检测

钢丝绳的磨损形式多种多样,包括表面磨损、扭曲、断裂、变形等,损伤特征具有多样性,导致钢丝绳的损伤检测难度较大。为此,提出一种考虑磨损特性的动臂塔式起重机变幅钢丝绳损伤检测方法,保障起重机的安全运行。确定图像采集镜头,为了解决图像的失真问题,对相机进行畸变矫正。在此基础上,分析动臂塔式起重机变幅钢丝绳磨损特性。最后,通过钢丝绳与损伤部分的轮廓边缘中心矩的计算,完成钢丝绳的损伤检测。实验结果表明:研究方法能够准确提取出钢丝绳损伤位置,且对钢丝绳损伤的检测具有97%以上的精度,应用性能更优。

管道弯头磨损特性的研究

研究了输送管道中气固两相流中微粒的直径、浓度和材料种类等因素对10#钢、20#钢、16Mn和18-8不锈钢管道弯头磨损量以及磨损率的影响.实验系统采用负压结构,风速范围在5～30 m/s之间,采用不同直径的刚玉和氧化锆微粉.对实验结果进行了模拟处理,并对上述变量、弯头曲率半径与直径比和直径等因素的影响规律作了分析.结果表明,弯头材料本身的性能对磨损结果影响最大.四种材料耐磨性依次为16Mn、20#钢、10#钢和18-8不锈钢.磨损率和风速之间存在指数关系,指数幂在1.2～2之间.不同尺寸、材料和硬度的磨粒将影响磨损率与风速函数关系式的幂指数.另外,对于曲率半径/管直径比值固定的弯头而言,直径大的弯头磨损率低,这与小直径弯头的表面积与体积比更大有关.

真空熔结镍基合金涂层的组织结构及其高温磨损特性

研究了一种真空熔结镍基合金涂层的组织结构及其干摩擦滑动磨损特性。结果表明,镍基合金涂层中的析出相主要有硼化物、碳化物和硅化物,其中硼化物、碳化物起强化作用,硅化物改善涂层熔结过程中的工艺性能。涂层磨损的主要方式是微犁削,因镍基合金涂层具有较高的高温硬度,高温下具有良好的抗磨性能。磨损过程中在磨损表面覆盖的氧化物层对涂层起到保护和减磨作用。

N-油酰基谷氨酸水基润滑添加剂的合成及其摩擦磨损特性研究

将油酸酰氯和谷氨酸在碱性溶液中反应得到N-油酰基谷氨酸,用红外光谱仪对其结构进行表征;用四球摩擦磨损试验机考察了N-油酰基谷氨酸三乙醇胺盐在水溶液中的摩擦磨损性能,并用俄歇电子能谱仪分析其磨斑表面边界膜的化学组成和元素分布.结果表明,当N-油酰基谷氨酸三乙醇胺添加量为0.25%时,其水溶液表现出较好的抗磨和减摩特性.这可能是由于N-油酰基谷氨酸三乙醇胺盐中的极性基团吸附在钢球表面、长碳链疏水性烃基在金属表面形成较厚的保护膜、在较高载荷条件下发生化学反应并形成高强度摩擦化学反应膜的缘故.当添加剂的添加量为2.00%时,N-油酰基谷氨酸三乙醇胺盐的防锈性较好,经细菌性试验表明其具有一定的抗菌能力.

不同气氛环境中钢/铜摩擦副的高速干滑动摩擦磨损特性研究

采用MMS-1G型高温高速摩擦磨损试验机研究了在氧气和二氧化碳2种气氛环境中CrNiMo钢/H96黄铜摩擦副的高速干滑动摩擦磨损特性,采用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对CrNiMo钢销试样的磨损表面形貌及其元素的化学状态进行分析,结合摩擦表面宏观温度的测量,分析了不同气氛环境中pv值对摩擦副摩擦磨损特性的影响.结果表明,在不同气氛环境中,摩擦副表现出完全不同的摩擦磨损特性,在二氧化碳气氛环境中,摩擦副的摩擦系数与CrNiMo钢的磨损率均高于氧气气氛环境中,这是由于2种气氛环境中的摩擦表面温度及其磨损机制的差异所致.二氧化碳气氛环境中的摩擦表面温度高于氧气气氛环境中的摩擦表面温度,其主要磨损机制为磨粒磨损、金属流变和粘着磨损;而氧气气氛环境中主要表现为氧化磨损和粘着磨损.

低温环境下矿井提升钢丝绳摩擦磨损特性研究

为探究低温环境下矿井缠绕提升钢丝绳之间的滑动摩擦磨损特性,使用自制的低温环境钢丝绳摩擦磨损试验装置,以6×19+FC钢丝绳为研究对象,探究低温环境下干摩擦和水油润滑状态下钢丝绳的摩擦磨损特性.研究结果表明:干摩擦时,摩擦系数随环境温度的降低小幅增大,在-25℃时达到最大值,约0.85.油水润滑状态时,摩擦系数、磨损面积和磨损深度均明显小于干摩擦状态,平均磨损面积减小了约3倍,平均磨损深度减小了约7倍,平均摩擦系数随环境温度的降低先增大后减小,在-15℃时达到最大值,约0.35.此外,随着温度的降低,干摩擦状态时钢丝绳的磨损机理由氧化磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和黏着磨损;油水润滑状态时,钢丝绳的氧化磨损减弱,黏着磨损先加重后减弱.

经热处理的蛇纹石粉体对金属磨损特性的影响(英文)

用X射线衍射仪分析了在550℃和900℃热处理的两种蛇纹石粉体的相结构变化,并研究了不同的分散剂对蛇纹石微细粉体在润滑油中的分散性。在MM–200型摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,使用的润滑油为基础油和分别含有2种经热处理的蛇纹石粉体的润滑油。借助扫描电子显微镜和能谱仪分析了在上述3种润滑油润滑下#45钢环的表面形貌和成分。结果表明:在900℃热处理后蛇纹石发生相变;用钛酸酯偶联剂进行表面修饰的蛇纹石粉体在润滑油中具有良好的分散性;润滑油中,2种经热处理的蛇纹石都可以在金属摩擦磨损表面形成保护膜。在摩擦过程中,两接触表面上的微凸部分对粉体的研磨作用使粉体粒子表面带有大量的悬挂键,同时接触的金属摩擦副也形成活化表面,从而使粉体颗粒吸附在金属表面。在载荷的作用下,蛇纹石粉体颗粒在磨损表面铺展形成自修复膜。

Al_2O_3·SiO_2颗粒增强铝基复合材料的摩擦磨损特性

对用挤压铸造法制备出的Al2O3·SiO2颗粒增强铝基复合材料在不同条件下的摩擦磨损特性进行了研究.结果表明:Al2O3·SiO2颗粒的加入可提高复合材料的耐磨性,复合材料同基体铝合金相比摩擦因数也较低.在较低载荷和滑动速度下,该复合材料的耐磨性明显优越于基体铝合金,摩擦因数也稳定地低于基体铝合金;而在较高载荷和滑动速度下,同基体铝合金相比,复合材料耐磨性的改善有所降低,但摩擦因数仍可以保持较低的水平.这是由于随着载荷和滑动速度的变化,复合材料的磨损机制发生了转化.对Al2O3·SiO2颗粒在摩擦磨损过程中所起到的作用进行了分析.

新型Ag-5%C电接触材料的制备及其电弧磨损特性的研究

采用将高能球磨、还原剂液相喷雾化学包覆及粉末冶金相结合配以适量碳纳米管做为纤维增强体的工艺 ,制备出新型的Ag 5 %C(质量分数 )电接触材料。该材料具有优异的烧结致密性 ,烧结复压密度可达理论密度的 99.9%,而传统机械混粉工艺及国外发展的烧结挤压工艺同类材料仅能达到 97.0 %～ 98.4%;其硬度达到 64 5MPa ,大大超过同类触头 ;该新型材料由于C在基体中的均匀分布以及高烧结致密性 ,具有很好的导电性能 ,其电导率达到了 3 8 0m·Ω- 1 ·mm- 2 ,远超机械混粉工艺而接近烧结挤压工艺。经由ASTM触头材料试验机进行电磨损分断对比试验 ,发现与常规机械混粉同类触头相比 ,该材料同等条件下电弧磨损量小得多 ,且具有优异的电弧磨损特性 ,其电弧磨损量随分断次数呈指数小于 1的指数函数规律上升 ,即到分断后期其材料损耗量趋于稳定 ,有效抑制了触头分断电涡流磨损现象 ,这种优异的电弧磨损特性对于提高其材料耐电弧磨损性能具有重要意义。

快速凝固Al-Si合金干摩擦条件下的磨损特性

主要对挤压态和 T6态 RS/ PM Al- Si合金的耐磨性进行了研究 ,并与传统耐磨合金 ZL 10 9进行对比。结果表明 :两种状态 RS/ PM Al- Si合金的耐磨性比 ZL10 9合金更为优越 ;相对于挤压态 ,经 T6处理后 RS/ PM Al- Si合金的耐磨及减磨性有一定程度的改善。对磨损机制分析表明 ,RS/ PM Al- Si合金的磨损主要以氧化磨损为主 ,而 ZL10

Ni-P-SiC(纳米)复合镀层的滑动磨损特性

利用化学镀方法制备了Ni-P-SiC（纳米）复合镀层，研究了镀液中纳米SiC微粒含量对复合镀层硬度的影响，在MPX-2000型摩擦磨损试验机上进行了复合镀层与45钢配对的滑动磨损试验，用扫描电镜观察了磨损面的形貌。结果表明，镀层中纳米SiC微粒的存在使复合镀层的硬度显著提高，为1000～1100HV0．025，退火处理后硬度可达到1650 HV0．025。200-400N负荷下的摩擦系数基本保持稳定，而磨损质量损失随载荷的增加而小幅增加。与微米SiC复合镀层相比，纳米复合镀层的耐磨性也有明显改善，其磨损机理主要为轻微擦伤。