高温过滤用碳化硅多孔陶瓷热致损毁机理研究

发布时间：2024-05-24 21:43

　　多孔陶瓷膜过滤技术是世界公认的高效去除高温气体中颗粒物的最具发展潜力的技术。多孔陶瓷是该技术实现气固分离的核心部件,是高温过滤装置能否长期稳定运行的关键。碳化硅多孔陶瓷材料被认为是高温烟气过滤中最有前途的材料之一。然而,材料在使用时会受到温度较低的反向脉冲清灰气流的频繁热冲击,在材料中产生较大的热应力。在热-力耦合作用下,材料的机械性能会出现衰减,严重时会影响高温烟气净化装置的正常运行。为此,本文选取典型的碳化硅多孔陶瓷材料,分别从实验和数值模拟两个方面对其损毁进行研究。采用热冲击实验研究了氧化物结合碳化硅多孔陶瓷材料的抗热冲击性能,结合三点弯曲法和单边切口梁法,考察了温差、热震次数、冷却介质等对碳化硅多孔陶瓷材料的剩余抗折强度及断裂韧性的影响。发现氧化物结合碳化硅多孔陶瓷具有多孔陶瓷典型的热震温差-强度特性,抗折强度均随温差的增大而降低。在热冲击次数较少时材料强度呈现由快速到缓慢的降低趋势。并且研究了热冲击换热过程中影响材料抗热冲击性能的因素,发现表面换热系数较小的材料展现出较好的抗热冲击性能。实验证实了预制一定的裂纹可以增强材料的断裂韧性。采用实验数据拟合得到热应力-温差关系公式,...

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 高温过滤用多孔陶瓷的研究现状
        1.2.1 多孔陶瓷的应用现状
        1.2.2 多孔陶瓷热震损毁的研究现状
    1.3 高温过滤用多孔陶瓷的性质特点
    1.4 本文的研究意义及研究内容
        1.4.1 研究意义
        1.4.2 主要研究内容
第2章 实验内容与方法
    2.1 实验材料及仪器设备
    2.2 分析与表征
        2.2.1 孔隙率及体积密度测试
        2.2.2 孔径分布测试
        2.2.3 物相分析
        2.2.4 微观形貌测试
        2.2.5 热膨胀性能测试
        2.2.6 抗弯强度测试
        2.2.7 断裂韧性
        2.2.8 实验数据可靠性处理
第3章 碳化硅多孔陶瓷的热冲击行为实验研究
    3.1 引言
    3.2 多孔碳化硅的热冲击实验
    3.3 碳化硅陶瓷的热冲击断裂性能研究
        3.3.1 常温性能
        3.3.2 高温力学性能
        3.3.3 热冲击温差及冷却介质对残余抗弯强度的影响
        3.3.4 热冲击温差对断裂韧性的影响
        3.3.5 裂纹对断裂韧性的影响
        3.3.6 热应力拟合方程的建立及试验验证
    3.4 碳化硅陶瓷的热疲劳性能研究
        3.4.1 空冷热疲劳
        3.4.2 水冷热疲劳
    3.5 本章小结
第4章 陶瓷膜过滤器内流场及热致损毁机理模拟分析
    4.1 引言
    4.2 数值计算的主要模型
        4.2.1 流体动力学基本方程
        4.2.2 气相流动模型
        4.2.3 多孔介质模型
    4.3 多孔陶瓷过滤装置二维模拟及分析
        4.3.1 模型建立
        4.3.2 结构参数及边界条件
        4.3.3 模拟结果
    4.4 多孔陶瓷过滤装置三维模拟
        4.4.1 模型建立
        4.4.2 结构参数及边界条件
        4.4.3 模拟结果及分析
        4.4.4 损毁分析
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
    5.1 主要结论
    5.2 下一步展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3981271