基于电阻抗谱法的多场作用下液固两相射流材料冲蚀测量方法研究

Industrial work usually has a lot complex and hard working environment such as acid or alkaline. As such, material will become quickly failure under the combining effect of erosion and corrosion due to multiphase impinging on it in long time, which causes a lot economic loss and safety problem. However, investigation of the measurement of material erosion-corrosion by liquid-solid two-phase flow impinging has little been found. This work is proposed to base on electrical impedance spectroscopy method, combine general multiphase measurements to develop a systematic method to measure material erosion-corrosion by liquid-solid impinging together with fluid-particle behaviour as well as mechanical and chemical effect. Liquid-solid two-phase flow can be characterized by using general multiphase flow measurements including flow field and particle distribution. Electrical impedance spectroscopy method is proposed to measure and evaluate material corrosion on line and measure corrosion distribution of the sample off line. Based on experiment measurements in combined with numerical simulation, a model will be set up for the measurement linkage between electrical impedance spectroscopy and liquid-solid flow. In the end, a systematic method based on electrical impedance spectroscopy is set up to measure and evaluate material erosion-corrosion under multi-effects in liquid-solid impinging flows.

工业生产中常常伴随着复杂恶劣的工作环境，材料经过长期多相射流冲刷会发生机械磨损与化学腐蚀等多效应综合作用，加快材料失效，带来很大的安全隐患与经济损失。 目前对液固两相射流作用下冲蚀材料测量方法的研究尚很缺乏。 本申请项目基于电阻抗谱法，结合传统多相流测量方法，探究液固两相射流冲蚀材料测量，旨在建立一套在流体颗粒-机械磨损-化学腐蚀多场耦合作用下液固两相射流冲蚀材料的系统测量方法。通过传统多相流测量方法，获得液固两相射流的流动特征、颗粒分布及运动特征；通过电阻抗谱法，在线测量材料的腐蚀程度，以及冲蚀材料后离线测量材料的腐蚀分布；在此基础上，结合数值模拟方法，建立液固两相流动参数与材料冲蚀电阻抗谱法测量参数间的关系模型，最终建立基于电阻抗谱法测量多场耦合作用下液固两相射流冲蚀材料的系统测量方法。

多相流广泛存在于石油、化工、机械、航空航天等工业领域。由于工作环境恶劣，长期多相流冲刷腐蚀作用导致材料失效发生事故，带来巨大的经济损失与人员伤亡。目前对液固两相射流作用下冲蚀材料测量方法的研究尚很缺乏，本项目基于电阻抗谱法，结合传统多相流测量方法和数值模拟手段，旨在建立一套在流体-颗粒-机械磨损-化学腐蚀多场耦合作用下液固两相射流冲蚀材料的系统测量方法。在四年的研究工作中，我们取得了一些重要的研究成果：阐明了多相流动中磨损与腐蚀发生与流动结构特征之间作用关系；分析了颗粒浓度、冲击角度、pH值、氯离子浓度等多因素对冲刷腐蚀的影响，并获得了腐蚀加速磨损及磨损加速腐蚀的作用机理；获得了多相流腐蚀-磨损协同作用机理；获得了多相流动特征调制作用下的流动结构动态演变特性；进而获得系统全面的多相流颗粒-壁面碰撞后效应（磨损-腐蚀、静电）作用理论。在该作用理论的基础上，建立了液固两相流动参数与材料冲蚀电阻抗谱法测量参数间的关系模型，并建立了基于电阻抗谱法测量流场、颗粒场、磨损、腐蚀、静电的多场耦合作用下液固两相射流冲蚀材料的系统测量方法。该方法可以为工业多相流生产安全优化、生产系统服役稳定性评估及智能诊断等提供测试手段和基础数据，具有重要的工业应用价值。. 在本基金的支持下，共撰写了2本学术专著：《多相流测量技术》和《气力输送颗粒系统的静电发生与颗粒静电》，均由科学出版社出版。共发表了24篇期刊论文，其中SCI收录15篇，中文期刊论文9篇，其中EI收录6篇，中文核心刊物2篇。举办了一次国内学术会议：中国工程热物理学会多相流学术会议，参会人数600多人。举办了5次国际学术会议：国际多相流技术论坛学术会议，共有近300人参会。在基金支持下申请了13项专利，其中1项发明专利和5项实用新型专利已授权，6项发明专利进入实审中。在本项目支持下，共培养了27名研究生，已毕业博士2名，毕业硕士7名。