基于格子Boltzmann方法对金属表面局部腐蚀特性的数值研究

金属材料设备在其服役期间，防腐蚀层受损，基体金属会被腐蚀介质腐蚀，因此预测金属表面局部腐蚀的损伤情况．对于保证金属材料的安全是有必要的。建立了格子Boltzmann腐蚀模型：应用Shen-Chen模型模拟各组分之间的流动和传输：建立电化学反应模型模拟固体表面的溶解反应；引入钝化概率修正化学反应速率；应用结点体积法（VOP）处理固体边界的迁移。应用此模型模拟了金属材料其防腐蚀层在受损情况下点蚀斑的生长与变化情况．同时分析了反应钝化概率、化学反应速率、扩散系数对腐蚀程度的影响。数值模拟结果表明：对于点蚀过程。腐蚀程度随反应钝化概率的增大而减小，随化学反应速率的增大而增大，随反应物组分扩散系数的增大而减小。

不锈钢在NaCl溶液中点蚀的数值模拟

基于格子玻尔兹曼(LB)方法,为模拟多相多组分流动与传输、电化学反应、固液相间转化等,建了不锈钢点蚀的LB腐蚀模型。应用该模型,得到了不锈钢在点蚀全过程中点蚀坑形貌特征变化以及不同组分的含量分布情况。该模型能够清晰地说明不锈钢点蚀的反应机理,包括点蚀成核、点蚀的亚稳态过程以及点蚀的稳态过程。对比模拟结果同试验结果可以发现,腐蚀量随时间变化的趋势大致相同,这证明了该模拟方法的准确性。

金属表面点蚀的稳态过程数值研究

[目的]腐蚀会严重影响舰船设备的使用寿命,了解腐蚀机理及对腐蚀进行预测能有效地减缓腐蚀对舰船设备的危害。[方法]构建了格子Boltzmann腐蚀模型,该模型可描述包含多相多组分流动与扩散、电化学反应和金属点蚀的稳态全过程。应用此模型,研究浸没于液体腐蚀环境中的金属表面单坑点蚀稳态过程;分析腐蚀化学反应速率、腐蚀溶液扩散系数、腐蚀产物扩散系数对腐蚀程度的影响。通过数值模拟,获得金属表面点蚀坑的形貌变化特征。[结果]结果显示,对于金属表面单坑点蚀的稳态过程,由于钝化膜与金属基体构成了"大阴极,小阳极"的电化学腐蚀体系,使腐蚀稳态点蚀将持续向金属材料基体的纵深发展,并且初生蚀孔除自身发生点蚀外,还将在蚀孔底部产生次生蚀孔。在不同影响因素下,腐蚀程度随腐蚀反应速率和反应物组分扩散系数的增大而增大,而随腐蚀产物扩散系数的增大而减小。[结结论]通过该腐蚀模型,可模拟出与真实金属相近的腐蚀形貌变化特征。

基于三种状态方程计算CO_2-nC_4H_(10)气液相平衡

利用三种状态方程对二氧化碳-正丁烷体系(CO_2-nC_4H_(10))气液相平衡的总压和CO_2的气相组成进行计算,得到计算值与实验值的偏差。三种状态方程计算的CO_2气相组成的平均标准偏差均小于1.5%,总压的平均标准偏差均小于2.5%。三种状态方程计算精度接近,计算可靠,相比于SRK方程,PR、PT方程在计算二元体系相平衡时相对精度较高。在273.15 K温度、全液相分数范围内,PT方程适用的范围更广。对273.15 K、293.15 K温度下的全液相组成计算表明:随着CO_2液相组成的增大,气液相平衡时总压逐渐增大,气相组成先陡增,后缓慢增大;随着温度的升高,要达到相同的CO_2液相组成,所需的总压逐渐升高,CO_2的气相组成降低。

金属表面局部腐蚀与腐蚀产物沉淀动态过程数值研究

数值模拟可在一定程度上弥补传统检测方法的不足,针对现有格子Boltzmann腐蚀模型不足对其进行改进,所得模型可以描述包含多相多组分流动与传输、电化学反应、金属的溶解腐蚀以及腐蚀产物沉淀的腐蚀全过程。应用此模型,针对浸没于液体腐蚀环境的金属表面单坑点蚀情况进行了数值研究,获得了金属表面腐蚀坑的形貌变化与腐蚀坑内腐蚀产物沉淀的析出情况;分析了腐蚀反应速率、腐蚀溶液扩散系数对腐蚀程度以及腐蚀产物沉淀量的影响;分析了腐蚀产物饱和浓度、腐蚀产物扩散系数和沉淀反应速率对腐蚀产物沉淀的影响。数值模拟结果表明:对于金属表面的单坑点蚀过程,腐蚀程度随腐蚀反应速率的增大而增大,随反应物组分扩散系数的增大而增大;腐蚀产物沉淀的析出量随腐蚀产物的饱和浓度的增大而减小,随腐蚀产物扩散系数的增大而减小,随沉淀反应速率的增大而增大。

五种状态方程对饱和气液相密度的预测

工业中常使用一些状态方程来解决纯物质气液相平衡问题,对于预测纯物质饱和气液相密度,方程的模拟计算结果与实验值之间存在偏差。为了获得精确的预测结果,对五种状态方程进行编程,对工业中常见的10种物质的饱和气液相密度进行预测,并与实验值进行比较,做出误差分析。结果表明:预测饱和气相密度,五种方程的模拟计算结果都很准确;对于预测饱和液相密度,BWRS方程和改进后的SRK方程模拟计算精度非常高,因改进后的SRK方程参数少,操作更容易,所以改进后的SRK方程有望在相关领域得到广泛的应用。

基于改进格子Boltzmann焓法模型的霜层生长数值研究

采用介观尺度格子Boltzmann方法数值研究壁面的表面特性对霜层生长的影响.将成核概率模型和改进的焓法相变模型相耦合,建立基于成核概率理论的霜层生长过程格子Boltzmann模型.该模型能够在宏观尺度上模拟霜层生长的加密加厚过程,也可以从微观尺度上描述局部的冰枝生长导致的霜层结构的动态变化,应用该模型能够获得霜层平均厚度、平均密度、结霜量等内部非稳态物理量.开展冷壁面上霜层形成及生长过程的数值研究,获得霜层的拓扑结构时空演化特性,得到不同时刻下结霜量以及霜层的平均厚度、平均密度、平均固相体积分数,探讨冷壁面温度、相对湿度、冷表面浸润性能对结霜的影响.