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颗粒射流冲击材料行为研究

姚军 曾子华 周芳 董士刚 赵彦琳 李宁

姚军, 曾子华, 周芳, 等 . 颗粒射流冲击材料行为研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(11): 2266-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0050
引用本文: 姚军, 曾子华, 周芳, 等 . 颗粒射流冲击材料行为研究[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(11): 2266-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0050
YAO Jun, ZENG Zihua, ZHOU Fang, et al. Investigation of behaviour of particle impact on material by impinging jet[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(11): 2266-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0050(in Chinese)
Citation: YAO Jun, ZENG Zihua, ZHOU Fang, et al. Investigation of behaviour of particle impact on material by impinging jet[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(11): 2266-2272. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0050(in Chinese)

颗粒射流冲击材料行为研究

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0050
基金项目: 

国家自然科学基金 51376153

国家自然科学基金 51406235

详细信息
    作者简介:

    姚军  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:多相流

    通讯作者:

    姚军, E-mail:yaojun@cup.edu.cn

  • 中图分类号: TK121;V250.3

Investigation of behaviour of particle impact on material by impinging jet

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51376153

National Natural Science Foundation of China 51406235

More Information
  • 摘要:

    颗粒冲击材料现象广泛存在于自然界以及工业领域中。应用实验测量与数值计算相结合的方法研究了颗粒射流冲击材料(304不锈钢)的磨损行为。考虑了颗粒粒径、运动轨迹、颗粒-壁面撞击点分布以及所导致材料物相结构变化。实验测试包括材料质量损耗、材料元素X射线衍射(XRD)分析、表面微观结构扫描电镜(SEM)观察。对相应的颗粒射流冲击材料行为进行了数值计算,获得流场,颗粒场以及相应材料磨损。结果表明:颗粒射流冲击下颗粒运动轨迹与撞击点的分布不同,造成了材料样品表面磨损区域明显不同。颗粒-壁面碰撞不仅会导致材料损失而且会造成材料物相结构的变化。

     

  • 图 1  数值计算几何模型

    Figure 1.  Geometric model of numerical calculation

    图 2  颗粒SEM形貌

    Figure 2.  Particle morphology of SEM

    图 3  304不锈钢质量磨损随冲蚀时间变化

    Figure 3.  Variation of 304 stainless steel mass loss with erosion time

    图 4  流场数值计算

    Figure 4.  Numerical calculation of flow field

    图 5  数值计算的颗粒轨迹分布

    Figure 5.  Numerical calculation of particle tracking trajectories distribution

    图 6  颗粒-壁面碰撞点(数值计算)分布及对应冲蚀后样品磨损分区

    Figure 6.  Distribution diagram of particle-wall collision point (numerical calculation) and partition of tested sample wear after washout

    图 7  数值计算颗粒-壁面撞击点分布

    Figure 7.  Numerical calculation of particle-wall collision point distribution

    图 8  初始抛光状态以及冲蚀21 h后304不锈钢XRD测试的比较

    Figure 8.  Comparison of 304 stainless steel XRD measurement between original polish and washout after 21 h

    表  1  304不锈钢化学成分

    Table  1.   Chemical composition of 304 stainless steel

    成份CSiMnPSNCrNiFe
    质量分数/%约0.024约0.550约1.800约0.030约0.001约0.049约18.200约8.200剩余
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    表  2  石英砂不同时间段的粒径分布

    Table  2.   Particle size distribution with different time period

    冲蚀
    时间/h
    颗粒粒径质量分数/%
    粒径
    50~60目
    粒径
    60~70目
    粒径
    70~80目
    粒径
    >80目
    0100000
    1236.345.810.97
    4825.629.832.512.1
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-06
  • 录用日期:  2017-07-14
  • 网络出版日期:  2017-11-20

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