本文為了探討流體誘導(dǎo)電化學(xué)腐蝕影響因素,根據(jù)動(dòng)量、能量和質(zhì)量守恒準(zhǔn)則,采用歐拉-歐拉計(jì)算模型,利用數(shù)值計(jì)算方法計(jì)算得到管壁附近湍流邊界層的液體流動(dòng)參數(shù),以及電化學(xué)反應(yīng)物對(duì)流擴(kuò)散參數(shù)。根據(jù)介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生的壁面切應(yīng)力和電化學(xué)反應(yīng)物在邊界層內(nèi)的傳質(zhì)系數(shù),得到表面電化學(xué)反應(yīng)速率與液體流動(dòng)參數(shù)之間的聯(lián)系。同時(shí),基于流體力學(xué)理論及腐蝕電化學(xué)理論,以TP140鋼和超級(jí)13Cr鋼兩種材料為研究對(duì)象,在自行設(shè)計(jì)的射流式實(shí)驗(yàn)裝置上,利用電化學(xué)方法研究了流體流動(dòng)特性對(duì)金屬表面電化學(xué)反應(yīng)過程的影響。本文以氯化鈉溶液為腐蝕介質(zhì),流速在0~22m/s范圍內(nèi),采用三電極電化學(xué)測(cè)試方法研究?jī)煞N材料在不同Cl~-濃度、液體流速下的自腐蝕電位,腐蝕電流密度,并利用電化學(xué)極化法和電化學(xué)阻抗譜法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。模擬結(jié)果表明:在流動(dòng)環(huán)境下,液體運(yùn)動(dòng)的速度場(chǎng)、能量場(chǎng)和液體中Cl~-的濃度場(chǎng)在流體邊界層中的變化很大。壁面表面切應(yīng)力隨著平均流速的升高呈現(xiàn)指數(shù)規(guī)律的增大。液體中Cl~-的傳質(zhì)系數(shù)隨著流速的升高呈線性關(guān)系增大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在靜態(tài)腐蝕環(huán)境下,無論是TP140鋼還是超級(jí)13Cr鋼,其腐蝕速率隨Cl~-濃度增加呈現(xiàn)一種先升后降的變化趨勢(shì)。其中TP140鋼最大腐蝕速率位于3wt%NaCl濃度時(shí),腐蝕速率為0.1396mm/a,約為純水介質(zhì)的8.21倍。當(dāng)NaCl濃度接近3.5wt%時(shí),超級(jí)13Cr鋼的腐蝕速率出現(xiàn)極大值(1.88×10~(-2)mm/a)。在高速液體沖擊下,隨著流速變化時(shí),兩種材料的腐蝕速率同樣存在極大值,其中超級(jí)13Cr鋼的腐蝕在14m/s流速下最大腐蝕速率為0.175mm/a,而TP140鋼最大腐蝕速率1.473mm/a的臨界流速為16m/s。由于不銹鋼表面存在較為致密的氧化膜,因此超級(jí)13Cr鋼相比于TP140鋼更耐耗氧腐蝕。在流動(dòng)環(huán)境下,液體流速增大導(dǎo)致壁面切應(yīng)力和反應(yīng)傳質(zhì)速率的增加,是壁面電化學(xué)反應(yīng)速率增大的主要原因。然而這一促進(jìn)作用在低流速時(shí)十分明顯,一旦達(dá)到臨界流速,受傳質(zhì)速率及壁面反應(yīng)過程的影響,流速的增大對(duì)腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生了抑制作用。
【學(xué)位單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.36
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 電化學(xué)腐蝕的研究進(jìn)展
        1.2.1 電化學(xué)腐蝕的機(jī)理
        1.2.2 電化學(xué)腐蝕的影響因素
        1.2.3 電化學(xué)腐蝕的測(cè)試技術(shù)
    1.3 流體性質(zhì)影響腐蝕電化學(xué)的因素
        1.3.1 流體力學(xué)因素
        1.3.2 材料因素
        1.3.3 環(huán)境因素
    1.4 流體流動(dòng)特性影響腐蝕電化學(xué)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
    1.5 本論文研究的內(nèi)容
第二章 流體性質(zhì)對(duì)金屬表面電化學(xué)反應(yīng)過程影響的數(shù)值分析
    2.1 金屬材料表面腐蝕數(shù)值計(jì)算問題的提出
    2.2 介質(zhì)流場(chǎng)湍流流動(dòng)的數(shù)值計(jì)算
        2.2.1 流場(chǎng)湍流模型的建立及邊界條件
        2.2.2 網(wǎng)格無關(guān)性的驗(yàn)證
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 介質(zhì)流動(dòng)引起的場(chǎng)變化
        2.3.2 速度場(chǎng)的改變對(duì)近壁面表面切應(yīng)力和傳質(zhì)系數(shù)的影響
    2.4 本章小結(jié)
第三章 流體濃度對(duì)金屬表面電化學(xué)反應(yīng)過程的影響
    3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作
        3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料的選用
        3.1.2 實(shí)驗(yàn)試樣的制備及技術(shù)要求
        3.1.3 實(shí)驗(yàn)溶液的配置
        3.1.4 腐蝕產(chǎn)物的清除方法
    3.2 實(shí)驗(yàn)裝置
        3.2.1 流體誘導(dǎo)腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.3.1 流體濃度對(duì)TP140鋼腐蝕電化學(xué)研究
        3.3.2 流體濃度對(duì)超級(jí)13Cr鋼腐蝕電化學(xué)研究
    3.4 討論與分析
        3.4.1 TP140鋼的電化學(xué)極化分析
        3.4.2 TP140鋼的電化學(xué)阻抗譜分析
        3.4.3 超級(jí)13Cr鋼的電化學(xué)極化分析
        3.4.4 超級(jí)13Cr鋼的電化學(xué)阻抗譜分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 流體流速對(duì)金屬表面電化學(xué)反應(yīng)過程的影響
    4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.1.1 流體流速對(duì)超級(jí)13Cr鋼腐蝕電化學(xué)的影響
        4.1.2 流體流速對(duì)TP140鋼腐蝕電化學(xué)的影響
    4.2 討論與分析
        4.2.1 超級(jí)13Cr鋼的電化學(xué)極化分析
        4.2.2 超級(jí)13Cr鋼的電化學(xué)阻抗譜分析
        4.2.3 TP140鋼的電化學(xué)極化分析
        4.2.4 TP140鋼的電化學(xué)阻抗譜分析
    4.3 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間參加科研情況及獲得的學(xué)術(shù)成果

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2857966