风机塔筒的冲刷磨损和腐蚀行为研究及Fluent数值模拟

发布时间：2017-09-02 01:23

  本文关键词：风机塔筒的冲刷磨损和腐蚀行为研究及Fluent数值模拟

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【摘要】：风力发电近年在全球范围内蓬勃发展。有效减轻环境污染、缓解能源危机,调整能源结构,为环境可持续发展做出了巨大贡献。但由于新疆特殊的自然环境——强风、沙尘暴、盐渍土壤及高矿化度盐碱水渍等,使陆地风力发电机的冲刷磨损和腐蚀问题较为突出。本文针对风力机关键部件——塔筒的冲刷磨损和腐蚀行为进行研究,所获得的结论如下:(1)塔筒防腐涂层体系试验结果有:磁阻法测厚仪和扫描电镜分析结果表明:塔筒防腐涂层由三部分组成,其中聚氨酯面漆约54.5μm,中间漆环氧厚浆漆为145.5μm,底漆环氧富锌漆为68.2μm,总膜厚均值为254.5μm。拉开法附着力测试表明:底漆与基体之间、中间漆及面漆内部、各漆层间的结合强度都大于13Mpa,且50%以上为底漆的内聚破坏,其余为胶粘剂和面漆之间断裂,因此防腐涂层体系具有较好的结合强度。(2)气固冲刷实验结果表明:a)对含涂层试样和Q345E钢板进行了同等正交实验条件下的气固冲刷实验,总体来看,涂层耐冲蚀性差,粒径0.15-0.22mm,风速17.4m/s,攻角60度下涂层单位时间磨损率最大值0.7256?10-3g/kg?s,是钢板磨损率的3.21倍。两种情形下风速都是影响磨损率的最主要因素,而粒径和攻角的变化对磨损率影响程度差别不大。b)涂层冲蚀区整体呈现类椭圆形;钢板受冲蚀区域面积较涂层大,且无一定规则。涂层受冲蚀区域表面不平整,局部残留漆膜,漆层过渡处有明显分界,底漆呈现细小圆形锌粉,形态未受冲蚀影响,基体整体呈现平整鳞块状波纹分布,且形貌不受冲蚀时间的增加而发生变化。C)盐雾腐蚀试验结果由失重量和宏观形貌评价可知面漆防护效果较中漆强;中漆试样表面出现锈点,等级介于S2和S3之间;划痕中心处腐蚀严重锈迹明显。扫描电镜观察到腐蚀点呈现细小墨绿色状形貌,腐蚀严重区可见腐蚀坑及不规则状物。d)盐雾腐蚀后试样进行冲蚀试验考察腐蚀及磨损间的耦合效应,得:同等实验条件下,面漆比中间漆更耐冲蚀,涂层受冲蚀区仍为类椭圆形,失重量较前期纯冲刷试样高出1.25倍,冲蚀区域面积也更大,说明腐蚀加速了磨损,促进涂层失效进程。(3)Fluent模拟得到的结论有:a)得到风速17.4m/s、60度攻角、粒径0.15-0.22mm情形下三维塔筒下段的速度云图,压强云图,流场中颗粒轨迹分布及迹线图,塔筒迎风面腐蚀云图,冲刷磨损率的模拟均值0.4986e-08kg/m2及最大值1.09e-08kg/m2。b)得到试验值、三维钢板及三维塔筒下段在相同试验条件下的冲蚀磨损率。两组模拟值整体趋势近似相似,试验值部分趋势与模拟值也有类似。试验值最大磨损率是5#的8.5794e-06kg/m2?s,薄板模拟最大值在5#和8#中相差不大,分别是5.4714e-03kg/m2?s和6.2291e-03kg/m2?s;塔筒三维模拟最大值在5#和7#中相差不大,分别是2.4477e-08kg/m2?s和2.6129e-08kg/m2?s。两种模拟情形下磨损率最小值均为1#低风速低攻角的模拟条件,即风速7.9m/s、30度攻角、粒径0.15-0.22mm。
【关键词】：风力机塔筒 气固冲蚀 盐雾腐蚀 Fluent模拟
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-27
• 1.1 引言9-11
• 1.2 金属腐蚀11-13
• 1.2.1 金属腐蚀机理11-12
• 1.2.2 金属防护12-13
• 1.3 冲刷腐蚀磨损发展概述13-16
• 1.3.1 冲蚀磨损的理论模型13-14
• 1.3.2 影响冲蚀磨损的重要因素14-16
• 1.4 两相流及多相流的研究及应用进展16-21
• 1.4.1 两相流研究领域概述17-19
• 1.4.2 多相流研究领域概述19-21
• 1.5 新疆地区塔筒运行环境概述21-25
• 1.5.1 新疆气候及大气状况21-23
• 1.5.2 新疆沙漠沙粒的物化特性23-25
• 1.6 本课题的主要研究内容25-27
• 第二章 风力机塔筒防腐涂层体系的相关研究27-38
• 2.1 引言27-28
• 2.2 防腐涂料喷涂要点28-29
• 2.3 风机塔筒防腐涂层微观组织形貌29-32
• 2.3.1 涂层表面形貌29-31
• 2.3.2 涂层截面形貌31-32
• 2.4 防腐涂层膜厚测量32-33
• 2.5 防腐涂层结合强度测量33-37
• 2.5.1 试验方法33-34
• 2.5.2 试验过程及结果分析34-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 风力机塔筒冲刷磨损及腐蚀行为研究38-60
• 3.1 引言38-40
• 3.1.1 防腐涂层失效理论38-39
• 3.1.2 盐雾腐蚀相关理论39-40
• 3.2 试样制备及前期准备40-41
• 3.3 基于正交法的冲刷磨损试验41-52
• 3.3.1 试验方案及结果41-42
• 3.3.2 塔筒涂层试验结果及优化分析42-44
• 3.3.3 Q345E钢基体的正交试验及优化结果44-45
• 3.3.4 两组试验的对比分析45-47
• 3.3.4.1 磨损率对比45-46
• 3.3.4.2 冲蚀的宏观形貌46-47
• 3.3.5 涂层冲蚀的典型磨痕形貌与成分分析47-52
• 3.3.5.1 5#试样冲蚀形貌及成分分析47-49
• 3.3.5.2 3#试样冲蚀形貌及成分分析49-52
• 3.4 盐雾腐蚀及气固冲蚀试验52-59
• 3.4.0 试验准备52-53
• 3.4.1 试验方法53-54
• 3.4.2 试验结果及评价54-57
• 3.4.2.1 盐雾腐蚀试样宏观形貌分析54-55
• 3.4.2.2 盐雾腐蚀试样微观形貌分析55-57
• 3.4.3 盐雾腐蚀+冲刷腐蚀试验研究57-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 气固两相流冲刷磨损的数值模拟60-68
• 4.1 引言60
• 4.2 模型前处理60-61
• 4.3 模型的计算设置61
• 4.4 模拟后处理61-65
• 4.4.1 速度云图62-63
• 4.4.2 压强云图63
• 4.4.3 颗粒轨迹分布图63-64
• 4.4.4 迹线图64
• 4.4.5 塔筒迎风面腐蚀云图64-65
• 4.5 气固两相流冲刷磨损的数值模拟65-67
• 4.5.1DPM冲蚀模拟65-66
• 4.5.2 综合分析与讨论66-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 结论与展望68-71
• 5.1 本文结论68-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文75-76
• 致谢76-78

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