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含砂海水管路冲刷-电化学耦合腐蚀数值模拟
| 论文题名： | 含砂海水管路冲刷-电化学耦合腐蚀数值模拟 |
| 关键词： | 海水管路;数值模拟;耦合腐蚀;冲刷腐蚀;电化学反应;有限元数值模拟 |
| 摘要： | 如今，为了建设海洋强国，构建“一带一路”，海水管路在海上运输中起很重要的作用。同时，海水管路是海军舰艇结构其不可或缺的部分。在海洋极端环境下，无论在军用管道还是民用管道中，管道腐蚀都是无法忽视的问题。本文基于金属冲刷腐蚀机理，金属钝化后氧化膜生成机理，电化学腐蚀机理等现有理论，提出了金属氧化膜冲刷腐蚀机理，金属冲刷-电化学耦合腐蚀机理，并进行了冲刷-电化学耦合腐蚀的数值模拟。随后，根据现有实验，验证模型的正确性。最后，根据实际情况，给出实例进行验证。本文研究内容如下： 第一，提出了金属钝化后氧化膜物理冲刷腐蚀机理。根据金属钝化作用下，氧化膜的生成情况和生成机理，结合物理冲刷腐蚀机理，提出了更符合实际情况金属氧化膜在冲刷作用下的损伤数学模型，氧化膜损伤数学模型。 第二，提出金属冲刷-电化学耦合腐蚀机理。金属氧化膜损伤后，金属暴露于腐蚀性液体中，根据原电池化学反应，金属为阳极，氧化膜为阴极，形成电化学腐蚀，降低了氧化膜的保护能力，严重加快了金属腐蚀速度。同时，含砂海水的冲刷作用依然存在，固体砂砾在不断冲刷下，造成了氧化膜破坏，进一步加速了电化学反应的产生。 第三，提出了管路冲刷-电化学耦合腐蚀数学模型。运用COMSOL和ABAQUS有限元仿真软件，首先模拟出了物理冲刷腐蚀作用下，海水及所含砂砾的移动；随后，模拟金属氧化膜破损的数学模型，并给出氧化膜损伤判定公式；最后，判定金属极化，开展电化学反应，给出了冲刷-电化学耦合腐蚀数学模型。 第四，第四，根据现有冲刷-电化学腐蚀试验，进行数值模拟验证。首先，对其实验进行简单地描述，随后，将本文数学模型计算结果与试验结果进行对比，证明数学模型的可行性 第五，根据实际情况，进行实例验证。分步构建冲刷-电化学耦合腐蚀的有限元模型。分别构建弯管和三通情况下的砂砾冲刷的数值模型。根据管路冲刷腐蚀的实际情况和以往实验数据，自主设计冲刷-电化学腐蚀案例，代入冲刷-电化学腐蚀有限元模型中，并进行案例分析和结果讨论。 最后，本文对含砂海水管路冲刷-电化学耦合腐蚀进行理论和数值模拟研究，对民用海水管路还是军用海水管路的腐蚀评估都有一定的作用。对于军用海水管路，可以在航行时进行海水管路的腐蚀预判，保障航行任务和作战任务的进程。对于民用海水管路，可以及时更换管路输送部件，减少石油泄漏风险，减少海洋污染，保障经济效益。 |
| 作者： | 代学睿 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 朱兴吉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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