本文關(guān)鍵詞：風機塔筒的沖刷磨損和腐蝕行為研究及Fluent數(shù)值模擬

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【摘要】：風力發(fā)電近年在全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。有效減輕環(huán)境污染、緩解能源危機,調(diào)整能源結(jié)構(gòu),為環(huán)境可持續(xù)發(fā)展做出了巨大貢獻。但由于新疆特殊的自然環(huán)境——強風、沙塵暴、鹽漬土壤及高礦化度鹽堿水漬等,使陸地風力發(fā)電機的沖刷磨損和腐蝕問題較為突出。本文針對風力機關(guān)鍵部件——塔筒的沖刷磨損和腐蝕行為進行研究,所獲得的結(jié)論如下:(1)塔筒防腐涂層體系試驗結(jié)果有:磁阻法測厚儀和掃描電鏡分析結(jié)果表明:塔筒防腐涂層由三部分組成,其中聚氨酯面漆約54.5μm,中間漆環(huán)氧厚漿漆為145.5μm,底漆環(huán)氧富鋅漆為68.2μm,總膜厚均值為254.5μm。拉開法附著力測試表明:底漆與基體之間、中間漆及面漆內(nèi)部、各漆層間的結(jié)合強度都大于13Mpa,且50%以上為底漆的內(nèi)聚破壞,其余為膠粘劑和面漆之間斷裂,因此防腐涂層體系具有較好的結(jié)合強度。(2)氣固沖刷實驗結(jié)果表明:a)對含涂層試樣和Q345E鋼板進行了同等正交實驗條件下的氣固沖刷實驗,總體來看,涂層耐沖蝕性差,粒徑0.15-0.22mm,風速17.4m/s,攻角60度下涂層單位時間磨損率最大值0.7256?10-3g/kg?s,是鋼板磨損率的3.21倍。兩種情形下風速都是影響磨損率的最主要因素,而粒徑和攻角的變化對磨損率影響程度差別不大。b)涂層沖蝕區(qū)整體呈現(xiàn)類橢圓形;鋼板受沖蝕區(qū)域面積較涂層大,且無一定規(guī)則。涂層受沖蝕區(qū)域表面不平整,局部殘留漆膜,漆層過渡處有明顯分界,底漆呈現(xiàn)細小圓形鋅粉,形態(tài)未受沖蝕影響,基體整體呈現(xiàn)平整鱗塊狀波紋分布,且形貌不受沖蝕時間的增加而發(fā)生變化。C)鹽霧腐蝕試驗結(jié)果由失重量和宏觀形貌評價可知面漆防護效果較中漆強;中漆試樣表面出現(xiàn)銹點,等級介于S2和S3之間;劃痕中心處腐蝕嚴重銹跡明顯。掃描電鏡觀察到腐蝕點呈現(xiàn)細小墨綠色狀形貌,腐蝕嚴重區(qū)可見腐蝕坑及不規(guī)則狀物。d)鹽霧腐蝕后試樣進行沖蝕試驗考察腐蝕及磨損間的耦合效應,得:同等實驗條件下,面漆比中間漆更耐沖蝕,涂層受沖蝕區(qū)仍為類橢圓形,失重量較前期純沖刷試樣高出1.25倍,沖蝕區(qū)域面積也更大,說明腐蝕加速了磨損,促進涂層失效進程。(3)Fluent模擬得到的結(jié)論有:a)得到風速17.4m/s、60度攻角、粒徑0.15-0.22mm情形下三維塔筒下段的速度云圖,壓強云圖,流場中顆粒軌跡分布及跡線圖,塔筒迎風面腐蝕云圖,沖刷磨損率的模擬均值0.4986e-08kg/m2及最大值1.09e-08kg/m2。b)得到試驗值、三維鋼板及三維塔筒下段在相同試驗條件下的沖蝕磨損率。兩組模擬值整體趨勢近似相似,試驗值部分趨勢與模擬值也有類似。試驗值最大磨損率是5#的8.5794e-06kg/m2?s,薄板模擬最大值在5#和8#中相差不大,分別是5.4714e-03kg/m2?s和6.2291e-03kg/m2?s;塔筒三維模擬最大值在5#和7#中相差不大,分別是2.4477e-08kg/m2?s和2.6129e-08kg/m2?s。兩種模擬情形下磨損率最小值均為1#低風速低攻角的模擬條件,即風速7.9m/s、30度攻角、粒徑0.15-0.22mm。
【關(guān)鍵詞】：風力機塔筒 氣固沖蝕 鹽霧腐蝕 Fluent模擬
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 緒論9-27
• 1.1 引言9-11
• 1.2 金屬腐蝕11-13
• 1.2.1 金屬腐蝕機理11-12
• 1.2.2 金屬防護12-13
• 1.3 沖刷腐蝕磨損發(fā)展概述13-16
• 1.3.1 沖蝕磨損的理論模型13-14
• 1.3.2 影響沖蝕磨損的重要因素14-16
• 1.4 兩相流及多相流的研究及應用進展16-21
• 1.4.1 兩相流研究領(lǐng)域概述17-19
• 1.4.2 多相流研究領(lǐng)域概述19-21
• 1.5 新疆地區(qū)塔筒運行環(huán)境概述21-25
• 1.5.1 新疆氣候及大氣狀況21-23
• 1.5.2 新疆沙漠沙粒的物化特性23-25
• 1.6 本課題的主要研究內(nèi)容25-27
• 第二章 風力機塔筒防腐涂層體系的相關(guān)研究27-38
• 2.1 引言27-28
• 2.2 防腐涂料噴涂要點28-29
• 2.3 風機塔筒防腐涂層微觀組織形貌29-32
• 2.3.1 涂層表面形貌29-31
• 2.3.2 涂層截面形貌31-32
• 2.4 防腐涂層膜厚測量32-33
• 2.5 防腐涂層結(jié)合強度測量33-37
• 2.5.1 試驗方法33-34
• 2.5.2 試驗過程及結(jié)果分析34-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 第三章 風力機塔筒沖刷磨損及腐蝕行為研究38-60
• 3.1 引言38-40
• 3.1.1 防腐涂層失效理論38-39
• 3.1.2 鹽霧腐蝕相關(guān)理論39-40
• 3.2 試樣制備及前期準備40-41
• 3.3 基于正交法的沖刷磨損試驗41-52
• 3.3.1 試驗方案及結(jié)果41-42
• 3.3.2 塔筒涂層試驗結(jié)果及優(yōu)化分析42-44
• 3.3.3 Q345E鋼基體的正交試驗及優(yōu)化結(jié)果44-45
• 3.3.4 兩組試驗的對比分析45-47
• 3.3.4.1 磨損率對比45-46
• 3.3.4.2 沖蝕的宏觀形貌46-47
• 3.3.5 涂層沖蝕的典型磨痕形貌與成分分析47-52
• 3.3.5.1 5#試樣沖蝕形貌及成分分析47-49
• 3.3.5.2 3#試樣沖蝕形貌及成分分析49-52
• 3.4 鹽霧腐蝕及氣固沖蝕試驗52-59
• 3.4.0 試驗準備52-53
• 3.4.1 試驗方法53-54
• 3.4.2 試驗結(jié)果及評價54-57
• 3.4.2.1 鹽霧腐蝕試樣宏觀形貌分析54-55
• 3.4.2.2 鹽霧腐蝕試樣微觀形貌分析55-57
• 3.4.3 鹽霧腐蝕+沖刷腐蝕試驗研究57-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第四章 氣固兩相流沖刷磨損的數(shù)值模擬60-68
• 4.1 引言60
• 4.2 模型前處理60-61
• 4.3 模型的計算設(shè)置61
• 4.4 模擬后處理61-65
• 4.4.1 速度云圖62-63
• 4.4.2 壓強云圖63
• 4.4.3 顆粒軌跡分布圖63-64
• 4.4.4 跡線圖64
• 4.4.5 塔筒迎風面腐蝕云圖64-65
• 4.5 氣固兩相流沖刷磨損的數(shù)值模擬65-67
• 4.5.1DPM沖蝕模擬65-66
• 4.5.2 綜合分析與討論66-67
• 4.6 本章小結(jié)67-68
• 第五章 結(jié)論與展望68-71
• 5.1 本文結(jié)論68-70
• 5.2 展望70-71
• 參考文獻71-75
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文75-76
• 致謝76-78

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