液體機械的磨蝕問題廣泛存在于水利水電、能源動力、冶金化工、交通運輸以及航空航天等行業(yè)，是造成流體機械失效的重要原因之一。本書從摩擦學(xué)、微流邊界理論出發(fā)，分析了沙粒在邊界層的動力學(xué)特性，推導(dǎo)了沖蝕磨損磨痕尺寸的預(yù)估模型；在空蝕磨損研究中，以空泡動力學(xué)方程為基礎(chǔ)，分析了空泡潰滅過程中的力學(xué)沖擊，并論述了在空泡潰滅沖擊下疲勞微裂紋產(chǎn)生和擴展過程；在沖蝕與空恂交互磨損研究中，分析了空泡和沙粒的相互作用以及動力學(xué)特性等。
流體機械的磨蝕問題廣泛存在于水利水電、能源動力、冶金化工、交通運輸以及航空航天等行業(yè)，是造成流體機械失效的重要原因之一。研究流體機械的磨蝕以及抗磨與減摩對策，對流體機械的優(yōu)化設(shè)計、抗磨修復(fù)，提高其運行效率，改善其綜合性能，延長使用壽命等有著重要的理論意義。
流體機械的磨蝕是一個多學(xué)科交叉課題，涉及機械學(xué)、流體動力學(xué)、摩擦學(xué)、材料學(xué)、腐蝕與防護等理論。流體機械的磨蝕受到一系列因素的影響，過程非常復(fù)雜。從流體機械發(fā)展之初，其磨蝕機理就一直是學(xué)者研究的熱點。沖蝕磨損研究從流體機械出現(xiàn)就已經(jīng)開始，歷史最為悠久。沖蝕磨損，一般是指流體或沙粒以一定的速度和角度沖擊葉片表面，造成葉片表面材料損耗的一種磨損形式�？瘴g磨損現(xiàn)象是20世紀初才開始被人們所了解，對其的研究在20世紀30年代得到飛速發(fā)展。空蝕磨損是當(dāng)液體流過物體表面時，由液體內(nèi)部壓力的起伏引起液體蒸氣以及溶于液體中的氣體空穴（空泡）的形成、生長及潰滅的空化過程，而使材料表面發(fā)生破壞的一種磨損形式。在實際工況中，一般是沖蝕與空蝕磨損并存，其產(chǎn)生的危害比單一沖蝕或空蝕磨損更大。沖蝕和空蝕的聯(lián)合損傷將更易導(dǎo)致流體機械金屬表面發(fā)生破壞，產(chǎn)生振動和噪聲，造成設(shè)備效率降低，頻繁大修，甚至短期報廢。
近年來，各囪學(xué)者對流體機械的摩擦學(xué)與抗磨理論和技術(shù)的發(fā)展非常重視，研究熱點主要集中在流體機械過流部件內(nèi)部流場分析、轉(zhuǎn)輪（或葉輪）材料的沖蝕或者空蝕磨損機理、防磨措施、磨損修復(fù)的理論與實踐等領(lǐng)域。沖蝕研究主要集中在固體顆粒的運動軌跡和數(shù)值模擬、不同材料和葉片表面對沖蝕磨損性能影響等方面；空蝕磨損主要集中在磨粒和孔洞的關(guān)系研究、磨損坑的大小測量、磨痕表現(xiàn)出的形狀特征以及特定材料對空蝕性能的影響等方面。
所以，目前對流體機械的磨損研究都是只分別考慮沖蝕與空蝕磨損對設(shè)備失效的影響，孤立地分析磨�；蛘呖张莸倪\動，以求得過流部件的磨損規(guī)律；很少有將固一液．氣多相流邊界層的流動特性和沖蝕與空蝕交互作用磨損機理相結(jié)合的研究成果，無法真正揭示流體機械葉片微流邊界層中的磨損機理。沖蝕與空蝕交互磨損是近年來的研究熱點。工程中，由于沖蝕和空蝕交互作用對水輪機磨損的影響因素眾多，加之試驗和數(shù)值模擬條件的限制，所以到目前為止，研究人員對其沖蝕與空蝕交互作用的磨損機理研究不多，也沒有取得突破性的進展。
結(jié)合現(xiàn)有條件，在前期研究基礎(chǔ)上，對流體機械過流部件沖蝕與空蝕交互作用的磨損機理開拓新的研究思路，尋找新的研究方法就顯得非常重要。由于影響沖蝕、空蝕磨損及兩者交互作用的因素既有速度、壓力、溫度等流場參數(shù)，又有沙粒和材料特性等，流體機械轉(zhuǎn)輪（葉輪）沖蝕磨損或者空蝕磨損以及它們的交互作用引起的磨損常發(fā)生在葉片表面，所以只有在考慮沖蝕與空蝕交互作用的基礎(chǔ)上，研究磨粒和空泡的流動規(guī)律以及它們的相互干擾及破壞機理，建立其數(shù)理模型，才能深入地揭示葉片微流邊界層中的磨損機理，為進一步開展流體機械抗磨設(shè)計提供一定的理論依據(jù)。
本書是作者總結(jié)多年的研究成果編寫而成。基于已有和自行研制的沖蝕、空蝕儀器設(shè)備，轉(zhuǎn)盤式?jīng)_蝕與空蝕交互磨損試驗裝置、沖擊式?jīng)_蝕與腐蝕磨損試驗系統(tǒng)，從通過數(shù)值分析和試驗驗證研究了沖蝕磨損、空蝕磨損以及沖蝕與空蝕交互磨損對流體機械磨蝕的作用機理；分析了流場動力學(xué)參數(shù)以及物理學(xué)參數(shù)對沖蝕、空蝕以及交互磨損的影響；最后在研究的基礎(chǔ)上提出了流體機械的抗磨與減摩措施。在沖蝕磨損研究過程中，從微流邊界層理論出發(fā)，闡述了渦的猝發(fā)過程，分析了沙粒在邊界層的動力學(xué)特茬，并推導(dǎo)了沖蝕磨損磨痕尺寸預(yù)估模型。在空蝕磨損研究中，以空泡動力學(xué)方程為基礎(chǔ)，分析了空泡潰滅過程中的力學(xué)沖擊，并論述了在空泡潰滅沖擊下疲勞微裂紋產(chǎn)生和擴展過程。在沖蝕與空蝕交互磨損研究中，分析了空泡和沙粒的相互作用以及動力學(xué)特性，根據(jù)磨損試驗數(shù)據(jù)對交互磨損過程進行了解析計算，并得到了交互磨損的預(yù)估模型。在流體機械磨蝕的抗磨與減摩對策研究中，詳述了一種微／納米抗磨復(fù)合涂層以及一種石墨自潤滑減摩材料。
本書的研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目：“葉片微流邊界層沖蝕與空蝕交互磨損機理研究”（編號：5097532）、“兩相流場中艦船沖蝕和腐蝕耦合效應(yīng)的摩擦學(xué)行為研究”（編號：51475049）和“多相流作用下銅合金表層組織演變及腐蝕磨損耦合行為研究”（編號：51171216）支持。在項目的科研過程中，長沙學(xué)院唐勇教授、許焰教授、劉輝教授近十年來與作者通力合作為流體機械磨損理論的研究做了很多的工作，并得到了重慶理工大學(xué)黃偉九教授、湘潭大學(xué)譚援強教授、湖南科技大學(xué)郭源君教授的幫助與指導(dǎo)，同時引用了一些國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，特此向支持和關(guān)心作者研究工作的所有單位及個人表示衷心的感謝。
由于作者水平有限，盡管在本書的撰寫以及編排過程中竭盡了全力，但還是不能修正所有錯誤，書中有不妥之處，懇請讀者不吝批評和指正。
龐佑霞朱宗銘梁亮張吳2016年5月 于長沙
目 錄
前言
第1章緒論
1.1流體機械簡介
1.2流體機械的磨損形式
1.2.1 流體機械沖蝕磨損
1.2.2流體機械空蝕磨損
1.2.3流體機械空蝕與沖蝕交互作磨損
1.3流體機械磨損研究現(xiàn)狀
1.3.1 沖蝕磨損研究簡介
1.3.2空蝕磨損研究簡介
1.3.3 空蝕與沖蝕交互磨損研究簡介
參考文獻
第2章流體機械的磨損試驗裝置
2.1流體機械磨損的常用試驗設(shè)備
2.1.1旋轉(zhuǎn)噴射式?jīng)_蝕試驗儀
2 .1.2磁致伸縮儀
2 .1.3轉(zhuǎn)動空蝕儀
2 .1.4水洞試驗裝置
2.1.5現(xiàn)場磨損試驗裝置
2.2轉(zhuǎn)盤式磨損試驗裝置
2.2.1 轉(zhuǎn)盤式磨損試驗裝置的結(jié)構(gòu)
2.2.2轉(zhuǎn)盤式磨損試驗裝置參數(shù)的設(shè)計
2.2.3 流體機械磨蝕試驗方案
2.3噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗裝置
2.3.1 噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗裝置的結(jié)構(gòu)
2.3.2噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗裝置的電化學(xué)測試系統(tǒng)
2.3.3 噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗裝置的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)
2.4試驗數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)
2.4.1 材料磨損量測量
第3章沖蝕磨損
第4章空蝕磨損
第5章沖蝕與空蝕交互磨損
第6章流體機械減震抗磨技術(shù)
參考文獻
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