發(fā)布時間：2020-10-27 03:30

　　 本文為了探討流體誘導電化學腐蝕影響因素,根據(jù)動量、能量和質(zhì)量守恒準則,采用歐拉-歐拉計算模型,利用數(shù)值計算方法計算得到管壁附近湍流邊界層的液體流動參數(shù),以及電化學反應物對流擴散參數(shù)。根據(jù)介質(zhì)流動產(chǎn)生的壁面切應力和電化學反應物在邊界層內(nèi)的傳質(zhì)系數(shù),得到表面電化學反應速率與液體流動參數(shù)之間的聯(lián)系。同時,基于流體力學理論及腐蝕電化學理論,以TP140鋼和超級13Cr鋼兩種材料為研究對象,在自行設計的射流式實驗裝置上,利用電化學方法研究了流體流動特性對金屬表面電化學反應過程的影響。本文以氯化鈉溶液為腐蝕介質(zhì),流速在0~22m/s范圍內(nèi),采用三電極電化學測試方法研究兩種材料在不同Cl~-濃度、液體流速下的自腐蝕電位,腐蝕電流密度,并利用電化學極化法和電化學阻抗譜法對實驗結(jié)果進行分析。模擬結(jié)果表明:在流動環(huán)境下,液體運動的速度場、能量場和液體中Cl~-的濃度場在流體邊界層中的變化很大。壁面表面切應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。實驗結(jié)果表明:在靜態(tài)腐蝕環(huán)境下,無論是TP140鋼還是超級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。其中TP140鋼最大腐蝕速率位于3wt%NaCl濃度時,腐蝕速率為0.1396mm/a,約為純水介質(zhì)的8.21倍。當NaCl濃度接近3.5wt%時,超級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,兩種材料的腐蝕速率同樣存在極大值,其中超級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13Cr鋼相比于TP140鋼更耐耗氧腐蝕。在流動環(huán)境下,液體流速增大導致壁面切應力和反應傳質(zhì)速率的增加,是壁面電化學反應速率增大的主要原因。然而這一促進作用在低流速時十分明顯,一旦達到臨界流速,受傳質(zhì)速率及壁面反應過程的影響,流速的增大對腐蝕反應產(chǎn)生了抑制作用。
【學位單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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 電化學腐蝕的研究進展
        1.2.1 電化學腐蝕的機理
        1.2.2 電化學腐蝕的影響因素
        1.2.3 電化學腐蝕的測試技術(shù)
    1.3 流體性質(zhì)影響腐蝕電化學的因素
        1.3.1 流體力學因素
        1.3.2 材料因素
        1.3.3 環(huán)境因素
    1.4 流體流動特性影響腐蝕電化學的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.5 本論文研究的內(nèi)容
第二章 流體性質(zhì)對金屬表面電化學反應過程影響的數(shù)值分析
    2.1 金屬材料表面腐蝕數(shù)值計算問題的提出
    2.2 介質(zhì)流場湍流流動的數(shù)值計算
        2.2.1 流場湍流模型的建立及邊界條件
        2.2.2 網(wǎng)格無關(guān)性的驗證
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 介質(zhì)流動引起的場變化
        2.3.2 速度場的改變對近壁面表面切應力和傳質(zhì)系數(shù)的影響
    2.4 本章小結(jié)
第三章 流體濃度對金屬表面電化學反應過程的影響
    3.1 實驗準備工作
        3.1.1 實驗材料的選用
        3.1.2 實驗試樣的制備及技術(shù)要求
        3.1.3 實驗溶液的配置
        3.1.4 腐蝕產(chǎn)物的清除方法
    3.2 實驗裝置
        3.2.1 流體誘導腐蝕實驗裝置
        3.2.2 實驗儀器
    3.3 實驗結(jié)果
        3.3.1 流體濃度對TP140鋼腐蝕電化學研究
        3.3.2 流體濃度對超級13Cr鋼腐蝕電化學研究
    3.4 討論與分析
        3.4.1 TP140鋼的電化學極化分析
        3.4.2 TP140鋼的電化學阻抗譜分析
        3.4.3 超級13Cr鋼的電化學極化分析
        3.4.4 超級13Cr鋼的電化學阻抗譜分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 流體流速對金屬表面電化學反應過程的影響
    4.1 實驗結(jié)果
        4.1.1 流體流速對超級13Cr鋼腐蝕電化學的影響
        4.1.2 流體流速對TP140鋼腐蝕電化學的影響
    4.2 討論與分析
        4.2.1 超級13Cr鋼的電化學極化分析
        4.2.2 超級13Cr鋼的電化學阻抗譜分析
        4.2.3 TP140鋼的電化學極化分析
        4.2.4 TP140鋼的電化學阻抗譜分析
    4.3 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間參加科研情況及獲得的學術(shù)成果

【參考文獻】

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本文編號：2857966