基于Fluent的管道冲蚀磨损性能研究

为解决管道输送中冲蚀磨损的问题,基于气-固两相流和冲蚀理论,采用计算流体动力学(CFD)仿真方法对管道的冲蚀磨损性能进行研究。系统分析气体流速、颗粒直径、颗粒质量流量、管道参数对管道冲蚀的影响规律。仿真研究结果指出,随气流流速、颗粒质量流量和弯管角度的增加,管道的冲蚀率呈现逐渐增加的变化趋势,而颗粒直径的增加并不会造成冲蚀率一直增加,颗粒直径为200μm时管道的冲蚀率最大。此外,对于气体流速、颗粒直径、颗粒质量流量和弯管角度4种参数,气体流速对管道的冲蚀率影响最大。

飞秒激光加工织构及织构对磨损的影响研究

采用自主搭建的飞秒激光平台,选用不同激光参数在铍青铜材质表面加工微凹坑织构,研究激光功率、激光脉冲数对织构直径和深度的影响规律;并采用摩擦磨损试验机销、盘摩擦副开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下的单元摩擦学实验,分析表面织构对滑动轴承润滑及摩擦学性能的影响。研究结果表明,随激光功率增加,织构直径逐渐增大,而织构深度则有相反的变化规律;激光脉冲数对织构直径无明显影响,织构深度则随脉冲数增加逐渐增大。此外,合理直径织构能有效减少牙轮钻头滑动轴承表面摩擦磨损,且随织构直径增加,摩擦副表面摩擦系数和磨损量呈现出先减小后增大的变化规律。

织构边缘凸起对压裂泵柱塞密封副摩擦性能的影响

采用纳秒激光烧蚀技术在柱塞单元盘试件表面烧蚀出3种不同分布的条形和椭圆形凹坑织构,利用MMW-1型微机控制式万能摩擦磨损试验机,在模拟工况下（试验力400 N,转速200~1 500 r/min）,研究纳秒激光烧蚀加工产生的金属熔融堆积造成的织构边缘凸起对压裂泵柱塞-橡胶动密封配对副摩擦性能的影响。结果表明：存在边缘凸起的织构对柱塞-橡胶配对副没有明显的减摩和抗磨性能,反而加剧了其摩擦磨损,其主要原因是微凹坑织构的边缘凸起加剧了柱塞试样与橡胶配对副的相互刮擦,凹坑的微流体动压润滑效应小于凹坑边缘凸起对配对副的刮擦作用;经抛光处理后的织构试件的摩擦因数和磨损量都低于无织构试件和未经抛光处理的织构试件,表明控制表面织构的加工质量可有效提高织构试件的抗磨减摩性能。

仿生表面织构研究进展及其在油气装备领域的应用前景

机械系统中,摩擦磨损不仅消耗大量的能源,且是导致设备磨损和提前失效的主要因素之一。作为摩擦学的一个重要分支,仿生表面织构已被证实是改善润滑及摩擦性能的有效手段。基于国内外表面织构润滑减磨的理论研究,概述了流体动压润滑理论的发展历程,对比分析了Reynolds方程和N-S方程的优缺点,介绍了几种润滑理论研究常用的数值求解方法,包括有限差分法、有限元法、有限体积法等,探讨了Reynolds方程的适用性范围和流体控制方程的选择,同时,综述了混合润滑理论的研究进展。此外,从国内外表面织构润滑减磨的试验研究着手,总结了当前的研究成果及其存在的不足。在此基础上,阐述了开展针对实际工况的表面织构参数优化设计研究的必要性,并结合特殊工况下油气装备的摩擦磨损机理,表明了表面织构化对油气装备的重大意义,论述了仿生表面织构技术提高油气装备润滑及摩擦学性能的可行性及其在油气装备领域的应用前景。最后指出了仿生表面织构未来发展的方向。

正弦波粗糙度对织构表面动压润滑的影响

为研究动压润滑状态下粗糙度对织构的影响,建立正弦波粗糙度对织构化表面影响的动压润滑理论模型,并采用有限差分法对模型进行求解,分析正弦波粗糙度幅值、波长和分布方式对织构滑移表面油膜压力分布、承载力和摩擦因数的影响。数值计算结果表明:垂直分布粗糙度对表面综合性能的提高优于平行分布粗糙度,有利于提高表面的承载能力及降低摩擦因数;粗糙度波长及幅值对动压性能的影响则与织构深度和粗糙度的分布方式有很大关系。

润滑介质对摩擦性能影响差异分析

L-CKD150润滑油和复合锂基润滑脂广泛运用于石油装备润滑减磨。为研究2种润滑介质对摩擦副摩擦磨损性能及磨损机制的影响差异,采用MMW-1型微机控制立式万能摩擦磨损试验机,开展不同接触压力和线速度及不同润滑环境下摩擦学实验研究。结果表明:实验工况下,销-盘摩擦副表面以磨粒磨损为主,同时存在黏着磨损;相比于L-CKD150润滑工况,复合锂基润滑脂润滑时销-盘表面黏着磨损更为严重,进而加大摩擦因数的波动幅度,最大波动幅度为L-CKD150润滑下的3.7倍;盘试样表面磨粒磨损与接触压力有关,0.5 MPa接触压力下,L-CKD150润滑时磨粒磨损较严重,1.5 MPa下则复合锂基润滑脂润滑时更严重,磨粒磨损是影响盘试样磨损量差异的主要因素。

织构分布影响钻头轴承减磨性能的仿真和实验研究

针对织构分布角度对织构润滑减磨性能影响的问题,基于Reynolds方程建立单一织构全油膜润滑条件下的动压润滑理论模型,求解不同分布角度下织构表面动压润滑性能,并计算织构表面空化单元数目,从织构表面空化效应角度分析织构分布角度对织构动压润滑性能的影响。开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下单元摩擦学实验,通过对比摩擦副试样表面摩擦学性能分析织构分布角度的影响。数值仿真结果表明,织构表面空化离散单元数目越多,其动压润滑性能越好;单元实验研究结果则表明,基于捕获磨屑、减小二次磨损的作用机制,织构单元垂直于滑移方向的边长越长,织构表面的摩擦磨损性能越好。

织构长宽比对钻头轴承润滑减磨性能的影响

基于雷诺方程建立单一织构不可压缩牛顿流体润滑条件下的动压润滑理论模型,采用有限差分法和高斯-赛德尔迭代法求解雷诺方程,分析不同长宽比(平行速度方向为长度方向,垂直速度方向为宽度方向)织构表面对动压润滑性能的影响;并采用MMW-1型微机控制万能摩擦磨损试验机开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下的单元摩擦学实验,对比分析不同长宽比织构对销-盘摩擦副表面摩擦磨损性能的影响;综合数值仿真与单元摩擦学实验结果,分析织构长宽比对织构润滑减磨的影响机制。数值仿真结果表明,织构长宽比对织构动压润滑性能的影响与织构深度有较大的关系,织构深度小于最小油膜厚度时,织构长宽比越小,织构的动压润滑性能越好;织构深度大于最小油膜厚度时,织构长宽比越小,织构的动压润滑性能越差。单元摩擦学实验结果表明,不同长宽比织构均能有效提高表面的摩擦学性能,但表现为织构长宽比越小,织构表面抗摩擦磨损性能越好。数值仿真和实验结果的差异在于仿真分析为动压润滑状态,而单元实验研究则为混合润滑状态。

不同类型织构的动压润滑性能评价方法及实验验证

基于雷诺方程建立牛顿流体润滑条件下单一织构表面动压润滑理论模型,求解不同类型织构表面动压润滑性能,计算织构表面偏态和峰值,从偏态和峰值角度分析织构类型对动压润滑性能的影响;开展压裂泵模拟工况下柱塞-密封橡胶摩擦副单元摩擦学实验,研究不同织构类型对柱塞密封副摩擦磨损性能的影响。实验结果验证基于偏态和峰值分析织构类型对动压润滑性能影响的合理性。仿真结果表明,相同条件下,对于不同类型表面织构,表面偏态越小、峰值越大,其动压润滑性能越好;研究的3种织构中,圆形织构表面动压润滑性能最优,其次分别为椭圆织构表面和条形织构表面。与仿真结果类似,实验研究表明,圆形织构润滑减磨性能最优,其次为椭圆织构、条形织构。

密封泄漏工况下钻头轴承磨损机理及织构对磨损的影响

开展复合锂基润滑脂与不同比例钻井液混合条件下滑动轴承单元摩擦学实验,研究钻井液对滑动轴承摩擦磨损性能的影响机理及密封泄漏工况下表面织构的润滑、减磨性能。结果表明:钻井液中碳酸钙和重晶石等颗粒造成的犁沟和微切屑作用加快滑动轴承磨损,钻井液比例越高,磨损越严重,导致滑动轴承由于快速磨损而失效;表面织构能有效捕获碳酸钙和重晶石等颗粒物质,减轻钻井液引起的负面效果,延长密封泄漏工况下滑动轴承的使用寿命。

护理技巧“教学做一体化”模式初探

＂教学做一体化＂改革是我院为贯彻落实《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高[2006]16号）文件精神,切实提高学生的职业能力和职业素养,培养新时期高素质技能型人才,实现由以教师为中心向以学生为中心的转变,由以课堂为中心向以实训（验）室为中心的转变,不断深化教学改革,努力提高人才培养质量,以更好地满足社会需求为目的而进行的有益探索。

沟槽形表面织构对柱塞密封副摩擦性能的影响

目的提高压裂泵柱塞表面的摩擦学性能。方法基于稳态二维不可压缩Reynolds方程,建立沟槽形表面织构化柱塞动压润滑理论模型,然后利用有限差分法和高斯-赛德尔迭代法求解柱塞表面的油膜压力分布和剪切应力,进而获得油膜承载力和摩擦系数,开展最小油膜厚度、织构的深度、横截面形状、面积占比以及分布角度对柱塞密封副油膜承载能力和摩擦系数影响规律的数值分析。结果随矩形沟槽织构深度从2μm增加到40μm,织构的动压润滑性能先增大后减小,当深度约为最小油膜厚度的0.6倍时达到最佳,并且最小油膜厚度越大,织构的动压效应越差。4种横截面沟槽织构的动压润滑性能优劣顺序为:矩形>内凸阶梯型>椭圆形>V型。随织构宽度从100μm增加到480μm,油膜承载力先增加后减小,宽度在360μm(72%面积占比)时达到最大。在6种分布角度中,60°矩形沟槽织构的润滑减磨性能最好。结论在流体动压润滑范围内,适当减小最小油膜厚度,沟槽底部尽可能平整,保持织构深度略小于最小油膜厚度,并使垂直速度方向油膜收敛区域的织构长度较长,便能获得润滑减摩性能较好的沟槽形表面织构。合理参数的沟槽形织构能够极大提高压裂泵柱塞表面的油膜承载力,降低摩擦系数,有利于延长柱塞密封副的使用寿命。

复合织构化压裂泵柱塞密封副动压润滑性能仿真研究

为改善压裂泵柱塞密封副的摩擦磨损性能,在压裂泵柱塞密封副表面建立不同的复合表面织构(不同复合织构类型、不同分布方式、不同截面形状等),并在结合柱塞密封副几何结构特征、压力边界条件及雷诺方程的基础上,建立织构化柱塞密封副动压润滑理论模型,采用有限差分对雷诺方程进行求解,仿真分析复合织构对柱塞密封副动压润滑性能的影响规律。数值仿真研究结果表明:复合织构对动压润滑性能的影响与外织构深度有密切关系;内织构为凹坑或凸起,以及内织构为不同截面形状的复合织构,主要是通过影响织构平均深度与摩擦副间隙的大小关系,而对复合织构的动压润滑性能造成不同的影响规律;内织构分布于外织构右侧(润滑介质入口一侧)对复合织构动压润滑性能的提升最大。

椭圆形丁胞数目及分布对传热管内流动和传热特性的影响

通过建立含不同参数椭圆形丁胞的传热管有限元模型,仿真研究雷诺数Re在5000~40000范围内椭圆形丁胞数目、轴向间距及交叉分布对传热管内流体介质流动及传热特性的影响规律。仿真研究结果表明,相比于光滑传热管,椭圆形丁胞的存在将增强对流传热的效果,且雷诺数Re越大越明显,但同时也会增加流体通过传热管时的流动阻力。此外,在雷诺数Re=40000时,椭圆形丁胞圆周分布数目N=6、轴向间距P=14 mm以及交叉分布角度为0°对传热管内流体的流动和传热综合特性影响最大,相比于光滑传热管,PEC分别达到1.156,1.15和1.13。

钻井液污染润滑脂对牙轮钻头轴承摩擦学性能的影响

高温或冲击载荷会引起钻井液泄漏进入复合锂基润滑脂,从而影响牙轮钻头滑动轴承润滑及摩擦磨损性能。采用MCR102旋转流变仪对含有不同质量分数钻井液的复合锂基润滑脂进行流变性测试,并采用MDW-1型摩擦磨损试验机开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下轴承单元摩擦学实验,研究钻井液质量分数对轴承摩擦磨损性能的影响。结果表明:钻井液的污染将降低润滑脂的黏度,改变润滑脂的流变性能;钻井液的污染总体上增大了滑动轴承单元摩擦因数及摩擦因数波动幅度,同时加大轴承的磨损,且在高转速下,润滑脂中较低含量的钻井液就会使滑动轴承单元的摩擦磨损达到最大值;钻井液中的超细碳酸钙和重晶石颗粒引起的磨粒磨损和犁沟效应,可能导致滑动轴承快速失效。

织构尺寸对柱塞密封副摩擦学性能的影响

借助ABAQUS软件开展不同压力和尺寸织构对柱塞密封副丁腈橡胶弹性变形影响的仿真模拟,以及裂泵模拟工况下柱塞密封副单元的摩擦学试验。结合仿真模拟和单元摩擦学试验结果分析表面织构对压裂泵柱塞密封副摩擦学性能的影响机理,并探索织构尺寸的影响。结果表明:在相同条件下,工作压力和织构直径越大,丁腈橡胶的弹性变形越大;压裂泵工况下织构直径小于300μm对摩擦学性能更有利。

织构化钻头滑动轴承单元摩擦学性能研究

为了研究织构对牙轮钻头滑动轴承的润滑减磨机理及织构面积比、织构直径和织构深度对轴承摩擦学性能的影响规律,采用MMW-1型微机控制立式万能摩擦磨损试验机和销-盘摩擦副,开展了模拟工况下织构化牙轮钻头滑动轴承单元摩擦学试验。研究结果表明:合理参数织构能有效提高牙轮钻头滑动轴承的润滑及摩擦学性能;对于较小直径(200μm)织构,当织构面积比为10%或15%时织构的润滑性能更好,而对于较大直径(300～600μm)织构,当织构面积比为5%时织构的润滑性能更优,因此小直径织构面积比偏大较好,可确保润滑介质分布更均匀,而大直径织构则织构面积比偏小更好;相同条件下,织构化牙轮钻头滑动轴承表面织构深度为40μm时织构的润滑性能最好,织构深度较深或较浅均不利于提高织构的润滑减磨性能。研究结果可为合理选择牙轮钻头滑动轴承织构参数、促进表面织构技术在牙轮钻头滑动轴承上的应用打下试验基础。

摩擦副接触方式变化对织构表面动压润滑性能的影响

表面织构已被证实在能够有效改善相对运动摩擦表面的摩擦学性能,但开展表面织构对摩擦学性能影响规律的深入研究是促进表面织构实际应用不可或缺的过程。基于雷诺方程建立单一织构化摩擦副润滑理论模型,通过对比表面承载力和油膜压力分布研究了摩擦副接触方式变化(线接触-面接触)对织构表面动压润滑性能的影响规律。仿真分析结果表明,相同条件下,磨痕宽度越宽、织构化表面动压润滑性能越好,而摩擦副曲率半径越小、织构化表面动压润滑性能越差;此外,织构分布的影响不受摩擦副曲率和磨痕宽度的影响,而织构面积比越大则动压润滑性能越差。

不同参数织构对动压润滑性能的影响规律

为研究织构表面动压润滑性能,基于Reynolds方程和织构深度方程建立单一织构不可压缩牛顿体润滑条件下动压润滑模型,分析不同织构参数对织构动压润滑性能的影响;并采用正交试验法研究织构类型、织构横截面形状、织构深度和织构分布角度对织构动压润滑性能影响的主次顺序。数值计算结果表明:圆形、椭圆形和条形3种织构中圆形织构性能最优,且织构类型的影响与织构长宽比有关;织构截面形状和织构分布角度的影响与织构深度有密切关系;4种织构参数对承载力影响的主次顺序为:织构深度>织构截面形状>织构类型>织构分布角度,对摩擦系数影响的主次顺序为:织构深度>织构截面形状>织构分布角度>织构类型,因而织构深度对动压润滑性能的影响最大,而织构深度在最小油膜厚度左右时织构动压润滑性能最好。

摩擦副曲率半径对织构动压润滑性能的影响

基于雷诺方程建立不同曲率半径织构化摩擦副动压润滑理论模型,采用有限差分和高斯赛德尔迭代法对模型进行求解,研究不同摩擦副曲率半径条件下表面织构对动压润滑性能的影响差异。数值仿真分析结果表明:织构化曲面摩擦副流体动压尽管由曲面摩擦副流体动压和织构微流体动压组合而成,而两部分之间的干涉将对摩擦副的动压润滑效果带来负面影响,且摩擦副曲率半径越小,干涉越明显;而摩擦副曲率半径对织构分布和最优织构深度的影响则需要对两参数综合分析。