留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV
  • [1] 马志宏, 李运泽, 张华, 等.砂尘环境试验设备中颗粒浓度场的实验研究[J], 北京航空航天大学学报, 2005, 31(8):884-887. http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract10089.shtml

    MA Z H, LI Y Z, ZHANG H, et al.Experimental study on particle concentration in sand and dust equipment[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2005, 31(8):884-887(in Chinese). http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract10089.shtml
    [2] TRIBBLE A C, BOYADJIAN B, DAVIS J, et al.Contamination control engineering and design guidelines for the aerospace community-results:AIAA-1996-4375[R].Reston:AIAA, 1996.
    [3] ARNOLD G S.Spacecraft contamination model development[J].Proceedings of SPIE, 1998, 3427:272-289. doi: 10.1117/12.328499
    [4] BARENGOLTZ J.Molecular and particulate containments:A contamination data base within environment:AIAA-1988-0014[R].Reston:AIAA, 1988.
    [5] TRIBBLE A C.The space environment:Implications for spacecraft design[M].Princeton:Princeton University Press, 1995:183.
    [6] THOMAS B S, GRAHAM S A, DAVID F H, et al.Photochemical spacecraft self-contamination:Laboratory results and system impacts[J].Journal of Spacecraft and Rockets, 1989, 26(5):358-367. doi: 10.2514/3.26080
    [7] 唐萍, 朱光武, 秦国泰, 等.航天器表面污染物质沉积变化和控制因子评估[J].北京航空航天大学学报, 2015, 41(5):891-896. http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract13251.shtml

    TANG P, ZHU G W, QIN G T, et al.Changes of contamination deposition on spacecraft surface and evaluation of control factors[J].Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2015, 41(5):891-896(in Chinese). http://bhxb.buaa.edu.cn/CN/abstract/abstract13251.shtml
    [8] ZHAO Y L, ZHOU F, YAO J, et al.Erosion-corrosion behaviour and corrosion resistance of AISI 316 stainless steel in flow jet impingement[J].Wear, 2015, 328-329:464-474. doi: 10.1016/j.wear.2015.03.017
    [9] FAN J R, YAO J, CEN K F.Antierosion in a 90° bend by particle impaction[J].AIChE Journal, 2002, 48(7):1401-1412. doi: 10.1002/(ISSN)1547-5905
    [10] FAN J, YAO J, ZHANG X Y.Experimental and numerical investigation of a new method for protecting bends from erosion in gas-particle fows[J].Wear, 2001, 251:853-860. doi: 10.1016/S0043-1648(01)00742-6
    [11] JIN T, LUO K, WU F, et al.Numerical investigation of erosion on astaggered tube bank by particle laden flows with immersed boundary method[J].Applied Thermal Engineering, 2014, 62(2):444-454. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2013.10.004
    [12] YAO J, ZHOU F, ZHAO Y L.Investigation of erosion of stainless steel by two-phase jet impingement[J].Applied Thermal Engineering, 2015, 88:353-362. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2014.08.056
    [13] FINNIE I, STEVICK G R, RIDGELY J R.The influence of impingement angle on the erosion of ductile metals by angular abrasive particles[J].Wear, 1992, 152(1):91-98. doi: 10.1016/0043-1648(92)90206-N
    [14] BITTER J G.A study of erosion phenomena[J].Wear, 1963, 6(1):5-21. doi: 10.1016/0043-1648(63)90003-6
    [15] ARIBO S, BARKER R, HU X, et al.Erosion-corrosion behaviour of lean duplex stainless steel in 3.5wt% NaCl solution[J].Wear, 2013, 302(1-2):1602-1608. doi: 10.1016/j.wear.2012.12.007
  • 加载中
图(8) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  361
  • HTML全文浏览量:  3
  • PDF下载量:  368
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-06
  • 录用日期:  2017-07-14
  • 刊出日期:  2017-11-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答