流动腐蚀行为中流体动力学过程的作用机制研究（流体力学论文）㊣精品文档值得下载

件下不同模拟试验装臵之间流体力学条件的等同关系是未来流动腐蚀研究需要解决的重要问题。

工业中经常遇到两相流或者多相流，其中多相流腐蚀过程极为复杂，影响因素众多。

多相流场多组分传质以及界面反应之间存在紧密的耦合关系但时空尺度差别较大，模拟实验条件和方法等方面较为困难，迄今为止，对于多相流的腐蚀规律和腐蚀加剧的机制尚不十分清楚，因此迫切需要开展进步研究，获得多相流场下腐蚀的诱发机理演变规律以及发展趋势。

参考文献曲世元，侯粒会对表面产生切应力，增强了介质对于材料表面的冲刷，疏松的腐蚀产物膜容易被冲刷掉，从而对材料表面造成冲击坑，导致材料表面的粗糙度增加，使得金属基体裸露在外面遭到腐蚀。

此外，等研究表明，溶液中加砂会使电荷转移阻力显著降低，钢的腐蚀性能增加。

固体颗粒的硬度尺寸棱角度含量等对腐蚀过程也会产生显著的影响。

般情况下，颗粒硬度越高尺寸越大，破坏性越大，颗粒以相同的速度撞击材料表面时较大的粒子具有更大的动能，颗粒的粒径越大，密度越大，磨损率越高棱角越多，对于材料表面破坏性越强但是并不是固体颗粒含量越高腐蚀速率越大，颗粒含量增大，流体对表面的切应力可能减小，这主要是颗粒之间相互作用，从而对材料产生了屏蔽作用，彭文山等研究表明含砂量增加时，材料表面产物层的孔隙被细微砂石填补，在定程度上减弱腐蚀。

气泡当流动介质中存在气泡时，特别是在高流速下，随着流体的运动，气泡对金属表面的冲击作用不可忽视，会导致腐蚀明显加剧未形成完整而致密的产物膜，此时氧化膜处于不稳定状态，因此腐蚀性介质以及反应物等更容易到达金属表面，随着时间的延长，伴随着钝化膜的形成和溶解，金属表面更容易形成均匀而致密的膜，因此腐蚀速率也随着降低。

连续的冲击腐蚀，会导致腐蚀坑面积增大产生溃疡腐蚀，进而会增加材料表面粗糙度，影响流体力学参数，例如传质系数和舍伍德数，影响腐蚀过程。

图钢在转速为含油量为的溶液中不同腐蚀时间后的奈奎斯特图热力学因素从热力学角度看，温度对反应动力学过程的影响同样不可忽视，主要通过影响腐蚀反应的动力学参数氧扩散系数氧溶解量及产物膜特性等方面对流动腐蚀产生复杂多变的影响。

氧的扩散系数随着温度的上升而逐渐增高，促进腐蚀过程另方面，温度升高时，氧会逐渐析出，减缓了阴极还原反应。

对于钝性材料，表面膜的特性及材料再钝化的能力也会随着温度的变化而发生转变温度较低时，腐蚀性离子的传输速率低，腐蚀产物膜的形成较慢，难以形成连续附着力强流动腐蚀行为中流体动力学过程的作用机制研究流体力学论文成完整的钝化膜比较困难，当钝化膜被部分破坏时，金属表面会形成阴极和阳极，且阴阳极面积相差较大，从而加速受损区域的局部腐蚀。

综上，流速会通过促进物质传递来加速表面膜的生成，同时也会通过剪切效应来破坏表面膜，表面膜的生成和溶解共同决定了对腐蚀的影响。

流体冲刷角度流体对于金属表面的冲刷力可分为水平和垂直两个分量。

在水平方向上，流体对材料表面产生剪切作用，这种作用虽然加快了电荷传输速度，但反应物质难以在材料表面吸附。

当剪切力大于腐蚀产物的附着力时，腐蚀产物从材料表面剥离，因而剪切作用是材料损失的主要原因而垂直方向分量则产生撞击作用，促进反应物在材料表面上的附着并接触发生反应，抑制电荷转移过程，同时固体颗粒会对表面造成冲击坑微裂纹等。

持续冲击作用使材料呈片状脱落，表面粗糙度增大，加速腐蚀。

两者损伤效果不同，冲刷角度的变化会使得这两个分量发生变化，随着冲击角的增加，水平剪应力通常会减小，法向撞击作用会增强，腐蚀过据致。

等研究发现在时，旋转圆柱装臵和管道流动装臵的腐蚀速率相近，证实了在特定条件下，质量传递速率相近时，氧化碳腐蚀速率与几何无关的假设。

等发现在由质量传递控制过程中，传质系数相同的管流装臵和旋转流装臵之间的腐蚀数据存在定的定量关系，而基于相同的剪切应力下均不能建立关联。

不同学者的研究尚存在定差异，需要进步研究。

流动腐蚀影响因素流动状态下的腐蚀过程中影响因素众多，包括材料本身的因素，硬度钝化特性腐蚀性能等流体力学因素，流速流态流型冲击角度等液相因素温度溶解氧含量等固体颗粒因素累计冲刷时间等，这些因素的影响不是独立作用，而是共同影响腐蚀过程。

其中与介质流动相关的因素包括以下几方面。

流动腐蚀行为中流体动力学过程的作用机制研究流体力学论文。

腐蚀过程中产物膜的形成和溶解同时进行，而产物膜的形成以及溶解本身受多种因素的影响，包括合金成分溶液离子种类温度流速等，这些因素不是单独作用越低的区域冲蚀损伤越大。

不同区域之间的临界流速差异是由固体颗粒撞击角和撞击速度的联合作用造成的。

此外，流速也会引起腐蚀形貌的变化，等研究发现流动条件下点蚀坑内部的涡流会带来浓度场和电势场的变化，进而导致点蚀坑的演变呈现非对称性的特点。

流型由于流体湍动相间冲击作用及相对运动，两相流和多相流流动结构复杂多样，相界面分布呈现不同的几何形状或流动结构，称为流型。

不同的多相流流型的相分布分相速度差别很大，对腐蚀性环境的形成及腐蚀性离子的传质过程影响很大，进而对壁面腐蚀程度产生影响。

冲击式这种装臵通过水泵控制相应的水压改变流体流速，流速易于控制，可调节冲刷角度。

电化学测量方便，适用于高温高压下的湍流腐蚀研究，多用于研究螺旋桨水翼前缘等的冲刷腐蚀。

杨江等利用喷射冲击装臵评价缓蚀剂性能，装臵可以模拟高达的高速流冲刷腐蚀，还可实现含砂与不含砂条件下的冲蚀。

该装臵的缺点是加工和安装试样困难，不能很好地模拟实际工流速和流态流体介质流速对于腐蚀速率起着至关重要的作用流态通过不同雷诺数可分为层流和紊流，这不仅取决于流速，还取决于流体的物性流道的几何形状，突然扩充收缩凸台改变流向等都会影响流态。

因此在低流速状态下也有可能出现湍流，流态对于腐蚀规律影响较大，研究中需要考虑这点。

在层流条件下，介质流速较低，腐蚀反应主要受氧扩散过程控制，此时流速增加，会提高氧扩散系数及电荷转移速度，从而促进了阴阳极反应，腐蚀过程加速，阴极极化曲线表现在阴极段部分般呈现氧扩散特征介质流速增加，金属表面的剪切应力也随之增加，但数值较小。

流速对于腐蚀速率的影响表现为流速增加，腐蚀速率缓慢上升，。

对于钝性材料来说，合适的流速会促进材料表面氧化膜的形成保护基体，腐蚀速率很大程度上取决于流体冲刷作用与钝化能力的相对强弱，当流速对钝化的促进作用大于冲刷作用时，腐蚀速率随流速减小，反之则增大。

当流速增大到雷诺数超过层流临界值时进入紊流状态，传质速率动并不定总是增加金属的腐蚀速率，在些特殊情况下，金属腐蚀速率因流速增大而降低。

例如，由于特定流速的冲刷作用，使材料表面更平整产物膜更加均匀而致密，从而降低了腐蚀速率。

但在大部分情况下，流动会加速腐蚀。

流体介质在高速流动状态下，金属材料表面受到机械冲刷和电化学腐蚀交互协同作用而产生破坏。

方面，腐蚀过程导致材料表面粗糙度增加，促进冲刷过程同时，产物膜缺陷处容易产生局部腐蚀坑，介质高速流动导致腐蚀坑内产生湍流涡，从而加速了冲刷过程。

另方面，材料表面的腐蚀产物膜容易被介质冲刷破裂或脱落，甚至产生冲蚀坑，裸露的金属与周围腐蚀产物膜形成小阳极大阴极的特征，诱发局部腐蚀同时，介质冲刷促进了反应物如腐蚀性离子朝向壁面以及腐蚀产物远离壁面方向的传输，从而促进腐蚀过程。

般情况下，流动状态下的局部腐蚀速率远大于均匀腐蚀速率，等研究发现在动态条件下，钢局部腐蚀速率和凹坑深度远高于静态条件下的腐蚀速率和凹坑深度，且随过程受到传质过程的控制，随着流速的增大，流动效应会增加质量传输速率，从而加速腐蚀当流速继续增大，直到电荷传输成为反应速率的决定步骤，此时流速的增大对于腐蚀速率影响不大然而在更高的流速下，表面剪切应力足够高以致对表面产生破坏，腐蚀急剧加速，见图。

传质过程腐蚀反应物产物的质量传输主要通过种方式进行，即分子扩散对流传质电迁移。

图流动对腐蚀速率的影响分子扩散分子扩散是由分子热运动引起，流体在金属表面附近存在浓度梯度，其驱动离子或分子从高浓度区域扩散到低浓度区域，静止溶液中的传质主要依靠分子扩散过程，扩散通量符合菲克第定律，见式。

式中，是反应中交换的电子数是法拉第常数是电流密度，为扩散系数，数值越大表示分子扩散能力越强是金属表面和主体溶液之间的浓度差为边界层厚度，。

由于扩散系数通常较小，因此材料在静止溶液中的腐蚀速率相对较小，然而当溶液处于流动状态时，流场诱发的对流扩散增加了腐蚀反应结合力变差，破碎程度增加，流体介质中固体颗粒对表面产生无规则冲击也会加速腐蚀。

般情况下，材料腐蚀速率随流速增大开始缓慢增加，当流速超过个临界值时，腐蚀明显加剧。

这个临界值通常称为临界流速，是评价材料冲蚀腐蚀性能的有效参数之，其大小与腐蚀体系以及材料自身性质有关。

例如当流道形状突然改变，流态随之改变，也会引发腐蚀加剧，导致腐蚀形态复杂多变。

关于临界流速的研究已成为流动腐蚀研究的重点和热点。

等通过彩色标记法和离子标记法，探寻了临界流速引起腐蚀的机理，发现钛表面膜在低于临界流速的流速下发生机械破裂，提出临界流速现象存在的机理为固体颗粒碰撞引起的去钝化过程与再钝化过程的相对强弱。

等研究发现双相不锈钢表面经过固液射流冲击后，按腐蚀损伤程度可分为个区域，临界流速分别为和，临界值越低的区域冲蚀损伤越大。

不同区域之间的临界流速差异是由固体颗粒撞击角和撞击速度的联合作用造成的。

此外，流速也会同装臵的流动腐蚀直存在争议。