不同砂粒粒径多相流中CrMnB堆焊层的损伤行为

CrMnB堆焊涂层的抗空蚀和冲刷磨损能力明显优于传统水轮机用材0Cr13Ni5Mo,但目前对在冲蚀和空蚀共同作用下环境参数对其损伤机制影响的研究还很少。利用旋转圆盘仪,通过对CrMnB堆焊涂层在含砂水中冲刷磨损、冲刷磨损与空蚀共同作用的研究,探索了不同砂粒粒径下涂层的损伤规律和机制。研究表明,粒径的变化引起了材料损伤机制的变化;失重$C粒径曲线在一定的粒径范围内有明显的转折区,小粒径和大粒径下材料的损伤形貌差别明显,大粒径时材料的损伤受空蚀影响很大,小粒径时受空蚀影响较小;在冲刷磨损作用下,小粒径时为点坑形的冲蚀破坏机制,大粒径时为犁削破坏机制;在冲刷磨损和空蚀与冲刷磨损共同作用下,小粒径时仍为点坑形的冲蚀破坏机制,大粒径时则为犁削叠加铲削破坏机制。

砂粒粒径与砂层厚度对单体筐养养殖系统中三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)幼蟹摄食行为与生长特性的影响研究

在三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)的单体筐养养殖系统中,试验了生态掩体(砂盒)中不同的砂粒粒径大小以及砂层厚度对梭子蟹幼蟹摄食行为与生长特性的影响。砂粒粒径设三个水平,分别为:>2mm、<0.2mm以及混合砂;砂层厚度有0cm、2cm、5cm、8cm四个水平。试验共进行6天,结果表明:砂粒粒径及砂层厚度对梭子蟹幼蟹的摄食与生长都有明显的影响。从砂粒粒径看,幼蟹在细砂(SPS)中挖洞休息,蟹体与砂面呈30—45°角,仅露眼睛及触角在外。一天内有3—6次进食,总进食时间为(142.7±22.52)min,在摄食次数、总进食时间、平均摄食量[(0.2427±0.0137)g/g BW]、以及蜕皮及成活率都远高于其它粒径组,该组中幼蟹的体重增长最快,增加了(0.814±0.113)g,增长率为91.5%±3.43%;而该组的饵料系数(FCR)最低为1.17±0.11。因此,筐养养殖系统砂掩体的砂粒粒径最好为0.2 mm以下。砂层厚度也有类似结果,5 cm以上厚度养殖效果最佳。平均摄食量为(0.2087±0.0046)g/g BW,该厚度下,幼蟹无死亡、100%蜕皮,体重也增加最快,增加了(0.791±0.121)g,增长率为88.9%±3.74%,饵料系数(FCR)达到1.37±0.23,表明筐养系统掩体中砂层厚度要在5 cm以上。三种保护性酶类(SOD,POD,CAT)活性随着砂粒粒径变小和砂层厚度增加而降低,而消化酶类(淀粉酶、蛋白酶、脂酶)活性则表现与保护性酶类相反特性。从两类酶的活性变化也能证实,在优选条件下(细砂、厚度>5 cm),幼蟹所受的胁迫在降低。

砂粒粒径对日本囊对虾存活、生长及行为特性的影响

研究了有无砂粒底质及不同粒径砂粒对日本囊对虾存活、生长及行为特性的影响。试验结果显示,3种砂粒底质组日本囊对虾的成活率和特定生长率均高于无砂组(P<0.05),而蜕皮频率低于无砂组(P<0.05);在砂粒底质中,细砂组成活率最高(P<0.05),而特定生长率和蜕皮频率无显著差异(P>0.05)。不同砂粒处理对日本囊对虾的行为影响显著,投喂前、后无砂组试验虾的运动率、攻击频率均高于3种砂粒底质组(P<0.05),而寻食虾比率则低于细砂组,高于中砂组和粗砂组。砂粒底质组中,投喂前、后试验虾的寻食虾比率和攻击频率以细砂组最高,运动率则以粗砂组最高(P<0.05)。试验结果亦表明,日本囊对虾在细砂组中的埋栖深度较深,但所需潜砂时间较长;体色改变比例随着砂粒粒径增大而升高,第二触角完整比例则随着砂粒粒径增大而降低。综合比较3种砂粒底质,日本囊对虾更偏好砂粒粒径<0.5 mm的细砂。

砂粒粒径对日本囊对虾非特异性免疫和抗氧化酶活性的影响

为了探究砂粒底质对日本囊对虾免疫水平的影响,实验对不同砂粒粒径处理组日本囊对虾的非特异性免疫及抗氧化酶活性差异进行了比较分析。结果表明,3个砂粒底质组日本囊对虾的ACP、AKP和LSZ酶活性均高于无底质组,并且酶活性随着砂粒粒径的增大而降低。几种抗氧化酶活性也有类似结果,砂粒底质组日本囊对虾SOD、CAT及T-AOC酶活性也随着砂粒粒径的增大而降低,而MDA酶活性随着砂粒粒径的增大而升高,说明在粗砂底质中日本囊对虾体内细胞受损程度更高。通过对各砂粒底质组日本囊对虾免疫水平的差异比较发现,粒径<0.5mm的细砂更适合在日本囊对虾工厂化和高位池精养模式中应用。

X80钢在不同砂粒粒径下的多相流中的冲刷腐蚀行为

在原油长距离输送过程中,冲刷腐蚀是一直威胁管道运输安全的重要因素之一。在冲蚀的过程中,管道内流场及砂粒粒径变化导致砂粒冲蚀机理变得十分复杂。为了研究动态条件下,砂粒粒径对于管道冲刷腐蚀规律的影响,以X80管线钢为研究对象,采用旋转圆柱电极装置结合电化学法和失重法,研究X80管线钢在不同砂粒粒径下的多相流中(0.5%砂+3%NaCl的水溶液)的冲刷腐蚀行为,通过对失质量、电化学阻抗谱以及tafel曲线进行分析表明:X80管线钢的质量损失速率出现先增大后减小的现象,砂粒粒径在120～212μm时存在临界砂粒粒径,对应的临界质量损失速率为1.1163 mg/(cm^2·h);在上述粒径下,腐蚀电流密度和反应电阻出现极大值和极小值。因此,粒径在120～212μm时,砂粒对X80钢的冲蚀损害最大。

砂粒粒径对航空涡轴发动机压气机叶片冲蚀磨损的影响研究

高原、沙漠和沿海等服役环境中不同粒径的砂粒不可避免地对涡轴发动机压气机叶片造成冲蚀磨损,破坏叶片叶型和动力学特性,严重危及涡轴发动机使用寿命和直升机飞行安全。基于Finnie冲蚀磨损理论推导了颗粒对金属表面的磨损率表达式,分析颗粒粒径对材料冲蚀磨损率的影响,以某型涡轴发动机压气机动叶和静叶为研究对象,设计搭建砂粒冲击速度测试装置和钛合金冲蚀磨损实验装置,通过典型砂粒粒径下冲蚀磨损实验获取磨损率表达式中与靶材材料和冲击速度相关的关键参数,结合气固两相流动力学分析开展砂粒粒径对压气机动叶和静叶冲蚀磨损的影响研究。结果表明:砂粒粒径与冲击速度存在内在关联,材料冲蚀磨损率与砂粒冲击速度呈幂函数关系。实验条件下,砂粒粒径由177μm增至423μm时,其冲击速度平均降低约17%。压气机动叶和静叶的磨损集中区域不随砂粒粒径的改变而变化,但磨损程度差异明显,其中177μm砂粒对动叶和静叶造成的最大冲蚀磨损率浓度值相比423μm砂粒分别增加91%和131%。研究结果为涡轴发动机压气机叶片抗磨损设计提供了理论参考。

粘砂套管砂粒分布对测井声波响应影响研究

通过研究测井声波在粘砂套管井套管-水泥环间的传播路径,建立粘砂套管井Ⅰ界面相对声强理论模型。计算不同砂粒粒径和分布密度下Ⅰ界面的相对声强,研究砂粒分布对声波传播的影响。结果表明:与光滑套管相比,套管粘砂可以显著降低Ⅰ界面相对声强;且随着分布密度增大,粘砂套管井Ⅰ界面相对声强变小;而砂粒粒径对相对声强影响很小,可以忽略不计。

水力压裂工况下42CrMo材料冲蚀磨损特性研究

利用自制的喷射型冲蚀磨损试验机,研究了水力压裂工况下高速携砂液对高压管汇材料42CrMo钢和45#钢的冲蚀磨损作用。研究结果表明,随着携砂液中砂粒质量浓度和粒径的增大,材料的冲蚀磨损量相应增多;材料的冲蚀磨损量随冲蚀速度的提高而显著增多,冲蚀速度与冲蚀磨损量呈一定指数关系,冲蚀粒子粒径和冲蚀速度对材料冲蚀磨损量的影响可概括为冲击粒子动能的影响;在粒子高速冲击时,42CrMo钢比45#钢具有更好的耐磨性,这是由材料本身的性能决定的。

超薄Ge单晶抛光片机械强度控制技术

Ge单晶衬底上制成的化合物太阳能电池,被越来越广泛地应用于空间太阳能领域,超薄Ge抛光的机械强度也越来越受到人们的关注。介绍了一种测试超薄Ge单晶抛光片机械强度的方法。研究了加工工艺对超薄Ge单晶抛光片机械强度的影响,同时指出在太阳电池用超薄Ge单晶抛光片的加工过程中,切割、研磨、磨削、化学腐蚀、抛光等工序对超薄Ge单晶抛光片的机械强度均有着不同程度的影响。研究表明,通过调整磨削砂轮砂粒粒径、化学腐蚀去除厚度和抛光速率等工艺参数,能够有效控制超薄Ge单晶抛光片的机械强度。

提高水泥胶结强度的套管黏砂技术研究

为提高固井水泥胶结强度,对黏砂套管—水泥环间各界面进行强度校核,建立黏砂套管水泥胶结强度计算模型,分析胶结剂厚度与砂粒半径的比值、黏砂密度、胶结剂抗剪切强度及水泥环抗压强度等因素对水泥胶结强度的影响。研究结果表明:当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1时,黏砂套管水泥胶结强度最大,且在其他条件不变时,胶结剂厚度和砂粒半径的比值相同,对应的黏砂套管水泥胶结强度也相同;在临界黏砂密度内,黏砂套管水泥胶结强度与黏砂密度和胶结剂抗剪切强度呈线性增长关系;当水泥环抗压强度小于胶结剂抗拉强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗拉强度相关的定值,当水泥抗压强度介于胶结剂抗拉强度和1.5倍胶结剂抗剪切强度之间时,黏砂套管水泥胶结强度随水泥环抗压强度增大而增大,当水泥抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度为与胶结剂抗剪切强度相关的定值。因此,当胶结剂厚度和砂粒半径的比值为1、黏砂密度为80%、胶结剂中添加质量分数为13%的四乙烯五胺固化剂及水泥环抗压强度大于1.5倍胶结剂抗剪切强度时,黏砂套管水泥胶结强度可达最大值。

段塞流下携砂水平弯管的冲蚀试验

采用气液固多相流冲蚀试验环道开展了段塞流条件下携砂水平弯管冲蚀试验,研究了不同砂粒粒径对冲蚀规律的影响。结果表明:液塞流经弯管时会卷携底部的砂粒,在离心力及二次流的作用下,砂粒偏向弯管外侧,对外侧出口处造成严重冲击,冲蚀最严重部位出现在弯头出口外侧中下部;砂粒粒径和数量均会影响冲蚀速率,且粒径的影响更显著,随着粒径的增大,冲蚀速率呈现先减小后增大的趋势;砂粒冲击试样表面主要会造成微切削、犁割及冲击变形三种形式的破坏,最大冲蚀坑深随粒径的增大而增大。

基于CFD-DEM耦合方法的喷砂冲蚀特性

传统喷砂在实践中多以经验为主,缺乏理论支撑。研究喷砂工艺的冲蚀磨损规律及其影响因素。在CFD-DEM耦合的基础上,引入Archardwear模型求解喷砂气固两相流对平板的冲蚀过程,预测颗粒冲击状态和冲蚀区域效果,研究不同的喷射角度、砂粒粒径及供砂速率对平板冲蚀深度总量的影响规律及其变化原因。结果表明:喷砂作用于平板形成的冲蚀区域形貌大致为盆地状,但又因喷射角度的不同会造成类椭圆形或类圆形区域。在控制单因素变量条件下,冲蚀深度总量随着喷射角度增大先缓慢增大至峰值,随后基本上呈线性减小,因此喷砂作业时应尽量保持倾斜,以喷射角度50°为宜,另外,从能量出发,喷射角度50°时法向-切向累积接触能量都相对较大;同时砂粒粒径在0.25mm<d<0.55mm范围内,冲蚀深度总量下降最快;冲蚀深度总量随供砂速率增大呈线性梯度增大。以数值模拟和试验验证相结合的形式给喷砂工艺提供了一种较为可行的研究方法。

粒径和温度对20号钢冲刷腐蚀协同作用的影响

利用旋转圆柱电极实验装置,在模拟油田采出液中,通过腐蚀失重、形貌观测和电化学分析等方法量化20号钢在不同砂粒粒径和温度下的冲刷腐蚀协同作用。结果表明,砂粒粒径增大对20号钢的冲刷磨损有明显的促进作用,这与形貌观测较符合。随砂粒粒径增大,腐蚀促进冲刷的作用和冲刷促进腐蚀的作用均先增加后减小。在砂粒粒径为40~70μm到120~200μm时,材料冲刷腐蚀以冲刷-电化学混合控制为主;砂粒粒径为200~300μm时,以冲刷磨损为主导。在不同的温度下,20号钢的冲刷腐蚀均以冲刷-电化学为主要控制;温度越高,腐蚀对冲刷的促进作用越显著。