最新溅蚀力学机理研究综述

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流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制

流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制

化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2020年第39卷第S2期流体动力学过程在流动腐蚀行为中的作用机制王凯,南翠红,卢金玲(西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室,陕西西安710048)摘要:在流动体系中,流场作用对腐蚀行为中的力学、离子传质以及界面反应等过程有着复杂的耦合影响,不同金属材料、不同溶液环境下流体流动发挥的作用也复杂多变,这些因素加剧了流动环境下的腐蚀机理研究的困难性。

本文综述了流动腐蚀的研究现状,包括流动对腐蚀过程的影响机制、流动腐蚀研究的实验装置以及流动腐蚀中的关键影响因素,着重分析了流动通过改变腐蚀反应物/产物的质量传输速率对腐蚀反应动力学的影响机制,以及流动的剪切力作用对壁面产物膜的形成/破坏动力学过程的影响。

提出了流动腐蚀在腐蚀界面演化与流场的交互作用、时空尺度跨度、流场-离子传质-界面反应的多场耦合联系以及不同流体力学参数匹配性等方面有待解决的问题,展望了流动腐蚀的发展方向。

关键词:腐蚀;流体动力学;传质;界面反应;腐蚀产物膜中图分类号:TK17文献标志码:A文章编号:1000-6613(2020)S2-0008-11Mechanism of hydrodynamic process in flow corrosion behaviorWANG Kai ,NAN Cuihong ,LU Jinling(State Key Laboratory of Eco-hydraulics in Northwest Arid Region of China,Xi ’an University of Technology,Xi ’an 710048,Shaanxi,China)Abstract:In the flow system,the flow field has a complex interaction with the mechanics,ion mass transfer and interface reaction of the corrosion behavior,and the effect of fluid flow is also complex and variable regarding to different metal materials under different solution environments,which aggravates the difficulty of investigating the corrosion mechanism in the flow environment.In this paper,the status of research on flow corrosion is comprehensively discussed,including the influencing mechanism of flow on the corrosion process,the experimental devices for flow corrosion research and the key factors in the flowcorrosion.In particular,the effect of flow on corrosion reaction kinetics is analyzed from two aspects:changing the mass transfer rate of corrosion reactants/products,altering the flow shear stress being associated with the formation/damage kinetics of wall products films.The problems to be solved are put forward,including the interaction of corrosion interface evolution and flow dynamics,the discrepancy inthe spatial and temporal scale,the multi-field coupling relation as well as the matching of different hydrodynamic parameters in flow corrosion and the further development trend is also proposed.Keywords:corrosion;hydrodynamics;mass transfer;interface reaction;corrosion product film综述与专论DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0679收稿日期:2020-04-27;修改稿日期:2020-08-05。

土壤侵蚀模型研究综述.

土壤侵蚀模型研究综述.

土壤侵蚀模型研究综述周正朝上官周平(中国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 ,712100, 陕西杨凌摘要近年来 , 人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究 , 并针对不同研究对象与目的 , 建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。

在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上 , 讨论土壤侵蚀模型研究与 GIS 技术和 BP 神经网络理论结合的发展趋势 , 同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况 , 提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。

关键词土壤侵蚀 ; 模型 ; 预报 ; 参数收稿日期 :200309修回日期 :1016项目名称 :国家 973项目 (2002C B111502 ; 教育部博士点专项科研基金(20030712001作者简介 :周正朝 (1980—, 男 , 研究生。

主要从事植物生态与水土保持方向研究。

E 2mail :eco @ms. iswc. ac. cn 3刘宝元等 . 中国土壤侵蚀预报模型研究 . 第 12届国际水土保持大会 , 北京 ,2002土壤侵蚀预报模型的研发 , 是土壤和地理学科的前沿领域 , 也是引导和集成土壤侵蚀试验研究、促进土壤侵蚀和水土保持科研定量化的重要手段。

近 30年来 , 各国都投入了大量的人力和物力 , 研发土壤侵蚀预报模型 , 并取得了长足的进展。

根据模型建立的途径和模拟过程 , 模型通常可以分为经验模型、物理过程模型和分布式模型。

我们结合自己在黄土高原土壤侵蚀过程与预报方面的研究工作 , 对土壤水蚀过程模拟模型研究动态进行评述 ,提出了水蚀预报模型亟待解决的关键问题 , 以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立 , 为生态环境改善提供科学依据。

1经验模型 (Empirical Model111国外土壤侵蚀经验模型研究动态国外土壤侵蚀经验模型 , 主要以通用土壤流失方程 (Universal S oil Loss Equation ,US LE 和修正的通用土壤流失方程 (Reversed Universal S oil Loss Equa2tion ,RUS LE 为代表。

近固壁气泡空蚀过程及机制研究进展

近固壁气泡空蚀过程及机制研究进展

近固壁气泡空蚀过程及机制研究进展1. 引言1.1 近固壁气泡空蚀过程及机制研究背景近固壁气泡空蚀是一种常见的流体力学现象,特别是在航空航天、能源和化工领域中广泛存在。

空蚀是指气泡在固壁表面爆破、产生局部真空和高压力冲击波的过程,会对工程设备和结构造成严重损坏。

对近固壁气泡空蚀过程及机制的深入研究具有重要的理论和实践意义。

近年来,随着科学技术的不断发展,人们对近固壁气泡空蚀的研究逐渐深入。

通过实验、数值模拟和理论分析,揭示了空蚀过程中的复杂现象和关键因素。

对空蚀机制进行细致分析,有助于实现对气泡行为的精确控制,从而减少空蚀对工程系统的危害。

在本文中,我们将系统回顾近固壁气泡空蚀过程及机制研究的背景和意义,以期为相关领域的研究提供参考和启发。

通过深入探讨空蚀过程中的关键因素和机制,有望为未来设计防空蚀技术和改进气泡动态行为模型提供新的思路和方法。

1.2 研究意义固壁气泡空蚀是液体流体动力学中一个重要而复杂的现象,其在船舶、水利工程、核能设备等领域都具有重要的应用价值和研究意义。

研究近固壁气泡空蚀过程及机制可以深化对流体力学与热传递学的理论基础,对于改善工程设备的性能、减少空蚀对设备产生的破坏具有重要意义。

通过深入探究空蚀过程中的关键因素及机制研究进展,可以为实际工程中的应用问题提供理论支持和指导,推动该领域的发展和进步。

近固壁气泡空蚀过程及机制研究的意义不仅在于科学理论的拓展和深化,更在于将其研究成果转化为实际应用,为工程实践提供有效的技术支持和解决方案。

通过本文的探讨和总结,有助于加深对近固壁气泡空蚀现象的认识,有助于指导相关领域的工程设计与实践,促进该领域的科学研究和技术发展。

2. 正文2.1 近固壁气泡空蚀过程的描述近固壁气泡空蚀是流体在高速流过壁面时,由于流体的运动导致壁面附近压力降低,进而在壁面上形成了气泡。

这些气泡会随着流体的运动造成振动和扩散,最终导致气泡的破裂和空化。

在这个过程中,关键的几个因素包括流体的速度、流体的性质、壁面的形状和材质等。

产水气井冲缝套动态冲蚀机理研究

产水气井冲缝套动态冲蚀机理研究



[1-3]
[4-5]
ꎮ N80 油管在腐蚀环境中ꎬ H 2 S 分压是最敏
ꎮ 多 种 含 铬 油 管 ( S13Cr、 13Cr、 15Cr、
25Cr) 在 高 温、 高 H 2 S 分 压 的 腐 蚀 环 境 下 适 用ꎬ
g / cm 3 ꎻ s 为挂片表面积ꎬ cm 2 ꎻ t 为腐蚀时间ꎬ dꎻ
sion pit is circular. When the flaw is located in the middle area of the edgeꎬ the maximum erosion wear amount is
distributed at the flaw location. When the flaw is in other areasꎬ the maximum erosion wear amount is distributed
析油、 30%水和 80%凝析油、 100%凝析油
R erosion

N particles




试验时间 / d
m p C( d p ) f( θ) v p b( v)
A face
14
(2)
式 中: R erosion 为 材 料 表 面 冲 蚀 磨 损 速 率ꎬ
kg / ( m 2 s) ꎻ N particles 为颗粒碰撞壁面的数量ꎬ 个ꎻ
效ꎬ 服役寿命远短于预期ꎮ 研究冲缝筛管在腐蚀环
境下的冲蚀机理ꎬ 对产水气井的防砂及冲缝筛管设
计具有重要意义ꎮ
1 1 试验条件
腐 蚀 试 验 依 据 GB / T 19291—2003 和 JB / T
7901—2001ꎬ 腐蚀试验装置原理图和挂片结构示意

P110钢冲刷腐蚀预测模型的构建及其机理研究

P110钢冲刷腐蚀预测模型的构建及其机理研究

P110钢冲刷腐蚀预测模型的构建及其机理研究马文祺;王勤英;宋宇辉;符昌友;张兴寿;罗晓芳;西宇辰;董立谨;张华礼;张智【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2024(53)10【摘要】目的探究高温高压环境下P110钢在不同冲刷速度和角度下的腐蚀行为规律,揭示其冲刷腐蚀机理,建立腐蚀预测模型,以期指导油气田材料腐蚀防护与腐蚀预测。

方法采用电化学工作站和高温高压反应釜,开展高温高压冲刷腐蚀实验。

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等对冲刷腐蚀前后材料的微观组织结构、化学成分及物相进行表征。

此外,通过调研文献数据,基于随机森林(Random Forest,RF)算法构建了P110钢的冲刷腐蚀预测模型,并开展了预测准确性研究。

结果在3m/s的冲刷速度下,随着冲刷角度的增加,自腐蚀电流密度由30°的2.19×10^(-4)A/cm^(2)降低到90°的1.449×10^(-4)A/cm^(2)。

在30°的冲刷角下,随着冲刷速度的增加,自腐蚀电流密度由0m/s的6.30×10^(-5)A/cm^(2)增加到3 m/s的2.19×10^(-4)A/cm^(2)。

腐蚀产物具有双层膜结构,外层主要由FeCO_(3)组成,内层主要为Fe_(2)O_(3)。

腐蚀预测模型分析结果表明:温度对P110钢的腐蚀速率影响程度最大,其次是CO_(2)和冲刷速度。

结论在高温高压环境下,P110钢能够产生Fe_(2)O_(3)和FeCO_(3)的双层腐蚀产物膜,随着冲刷速度的增加和角度的降低,腐蚀产物膜完整性破坏,腐蚀加剧。

腐蚀预测模型具有良好的性能,能够有效预测腐蚀速率。

【总页数】14页(P110-123)【作者】马文祺;王勤英;宋宇辉;符昌友;张兴寿;罗晓芳;西宇辰;董立谨;张华礼;张智【作者单位】西南石油大学新能源与材料学院;西南石油大学石油与天然气工程学院;中国石油西南油气田公司工程技术研究院【正文语种】中文【中图分类】TG174【相关文献】1.P110钢抗冲刷腐蚀行为研究2.P110套管钢在饱和盐水中的腐蚀机理研究3.砂粒和氯离子对P110钢冲刷与腐蚀性能的影响4.P110钢在含Cl-介质中的冲刷与腐蚀行为研究5.P110与P110S钢在套管环空液中的腐蚀行为研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

最新溅蚀力学机理研究综述

最新溅蚀力学机理研究综述

溅蚀力学机理研究2摘要:溅蚀是水蚀的初始阶段,是雨滴对地表击打直接作用的结果,是一个3动能减少,地表土壤颗粒发生位移的过程。

溅蚀主要发生在坡面产生径流之前4和刚产生径流时,是水蚀的主要形式之一。

国内外学者对溅蚀力学机理的研究5主要集中在降雨侵蚀力指标计算上,分别提出了适用于不同地区的降雨侵蚀力6计算公式。

本文通过整理比较目前在国内外应用比较广泛的降雨侵蚀力抬标,7力求进一步明确各个降雨侵蚀力指标的计算方法和适用范围,为溅蚀力学机理8的研究提供一定的参考。

9关键词:溅蚀,降雨侵蚀力10降雨雨滴动能作用于地表土壤而作功,导致土粒分散,溅起和增强地表薄层11径流紊动等现象称为雨滴溅蚀作用。

溅蚀是水土流失的初期阶段⑷,溅蚀会破坏12土壤结构⑵,增加径流紊动性⑶,增强径流的分散和搬运能力同时雨滴的打13击作用使得土壤颗粒堵塞土壤本身的孔隙,减少或者阻止了雨水的入渗,从而14极大的增加了径流的侵蚀力15雨滴击溅本质上是由于水滴的动能做功或打击,使土壤结构遭受破坏的一种16力学现象。

雨滴的能量并非全部用于打击土壤表面,Mihara在1951年的研究表17明,雨滴2/3的能量消耗在土壤表面形成小坑和移动土壤颗粒方面,而其余的181/3形成水雾。

因而,只有用于土壤的那部分能量才是降雨的真正侵蚀力。

这样, 19我们就把降雨侵蚀力定义为雨滴用于分散和击溅土壤颗粒的作用力或能量。

20Wischmeier C8]根据美国8000多个小区-年降雨径流资料的分析,提出以降雨总21动能E与最大30min雨强人的乘积应。

作为降雨侵蚀力指标,定量表征次降雨22可能引起土壤侵蚀的能力,它反映了雨滴溅蚀以及地表径流对土壤侵蚀的综合23效应叭此后Hudson1101 > Foster5叭Lal C12\ Williams〔叭Kinnell[1^i6]等提出24了许多其它形式的侵蚀力指标,但从综合资料的可得性及适用范围看,瓯仍是25世界上应用最广的降雨侵蚀力指标。

华北土石山区模拟降雨下土壤溅蚀研究

华北土石山区模拟降雨下土壤溅蚀研究

华北土石山区模拟降雨下土壤溅蚀研究程金花;秦越;张洪江;丛月;杨帆;闫永庆【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2015(46)2【摘要】采取野外模拟降雨试验,研究了降雨强度、降雨动能以及降雨历时对溅蚀量的影响规律,分析了溅蚀土粒的距离、方位的分布特征,以及溅蚀土粒的粒径组成规律.研究结果表明:雨滴击溅过程中,在不同强度的降雨作用下,下坡方向产生的溅蚀量最大,上坡方向产生的溅蚀量最小.溅蚀总搬运量与溅蚀净搬运量均与降雨强度呈正相关.溅蚀量与降雨强度呈指数函数关系,与降雨动能呈现线性函数关系.溅蚀率与降雨历时呈现指数函数关系.溅蚀土粒主要分布在0~10 cm,占溅蚀总搬运量的45.40%~ 57.75%,在50 ~ 60 cm内的溅蚀量所占比例不高于1.75%.溅蚀量与溅蚀距离呈负指数函数关系.溅蚀土粒径小于等于2 mm,溅蚀土粒中细砂粒和粗粉粒百分比与原状土壤较为接近,粗砂粒百分比远低于原状土壤,而粘粒百分比高于原状土壤,粉粒百分比低于原状土壤.溅蚀土粒中细砂粒(0.05~0.2 mm)最易于被溅蚀,而小粒径(小于0.002 mm)和大粒径(大于0.2mm)土壤颗粒不易被溅蚀.当降雨强度足够大时,对于同种特征的土壤,溅蚀土粒存在稳定的粒径组成.当降雨强度保持不变时,溅蚀平均粒径随溅蚀距离的增加而变小.溅蚀距离在0 ~ 30 cm,溅蚀平均粒径的变化率较大;随溅蚀距离的不断增加,溅蚀平均粒径的变化率较小.【总页数】9页(P153-161)【作者】程金花;秦越;张洪江;丛月;杨帆;闫永庆【作者单位】北京林业大学教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京100083;北京林业大学教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京100083;北京林业大学教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京100083;北京林业大学教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京100083;北京林业大学教育部水土保持与荒漠化防治重点实验室,北京100083;北京市延庆县水土保持试验站,北京102100【正文语种】中文【中图分类】S157.1;P426.615【相关文献】1.华北土石山区土壤溅蚀影响因素分析 [J], 相莹敏;张洪江;程金花;钟莉;郭春梅;刘银山2.华北土石山区砾石覆盖对土壤溅蚀的影响 [J], 王葆;马俊明;程金花;于心怡;戴矜君;吕佩忆;韩晓亮3.华北土石山区草本植被覆盖度对降雨溅蚀的影响 [J], 丛月;张洪江;程金花;秦越;杨帆;周柱栋4.华北土石山区坡面溅蚀和片蚀泥沙颗粒特征研究 [J], 杨帆;张洪江;程金花;周柱栋5.模拟降雨条件下塿土的溅蚀特征试验研究 [J], 刘柏玲;蔡强国;史志华;孙莉英;盛贺伟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

流固耦合作用下深部岩石动态力学响应研究进展

流固耦合作用下深部岩石动态力学响应研究进展

流固耦合作用下深部岩石动态力学响应研究进展夏开文;王峥;吴帮标;徐颖;岳腾泷【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2024(49)1【摘要】深部岩石处于高地应力、高渗透压和强动态扰动的复杂地质环境之中,3者作用下岩石体更加容易发生损伤破裂,诱发突涌水、渗漏、井喷等工程地质灾害,因而探究流固耦合作用下岩石的动态力学响应是开展岩石工程建设的前提之一。

近年来,国内外众多学者在考虑水和不同应力状态下的岩石动态力学实验研究方面取得了显著的成果。

为给工程建设提供更加全面的指导并为后续研究奠定基础,从实验装置、测试结果以及围压与水的作用机理层面,对上述工作进行了回顾与总结。

首先介绍了分离式霍普金森压杆测试装置的基本原理,以及用于模拟深部岩石赋存环境所进行的装置改进,包括围压分离式霍普金森压杆实验系统和孔压(渗透压)耦合的分离式霍普金森压杆实验系统,简要分析了各类装置在研究流固耦合作用下岩石动力学问题时的优势和不足。

其次,总结了考虑不同应力状态(单向加载、三向围压加载)的流固耦合作用下岩石的动态力学响应特性。

详细介绍了固定预设孔压、渗透压耦合作用下深部岩石的动态力学响应及其随孔隙水压、渗透压变化的规律。

随后,概述了围压对岩石动力学性质的影响机理,分析了不同围压条件下的影响规律;总结了水对岩石动态力学性质的强化、弱化微观机制和定量表达。

最后,对流固耦合作用下深部岩石的动态力学响应进行了概括总结,并对未来实验研究工作和深部赋存条件下岩石动态力学的研究方向进行了展望。

【总页数】25页(P454-478)【作者】夏开文;王峥;吴帮标;徐颖;岳腾泷【作者单位】天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室;中国地质大学(北京)地质安全研究院【正文语种】中文【中图分类】TD311;TE371【相关文献】1.降雨入渗时沥青路面流固耦合作用的力学响应2.地震作用下大型储罐流固耦合动力学响应模拟3.流固耦合作用下斜流泵转子动力学特性研究4.流固耦合作用下深部煤层气井群开采数值模拟因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

空蚀机理的研究综述

空蚀机理的研究综述
成和 生长 过程 ; 空 泡 的溃 灭 过 程 , 括 溃灭 过 程 中 ② 包
产生 的物 理、 学效 应 向固壁 的传递 和作 用 过程 ; 化
③ 壁 面材料 的响应及 失 效过 程 , 空蚀 破 坏 的作 用 机 即 制 。本 文重 点 阐述后 两 个 过 程 , 过 对 空 泡 变 形 和 溃 通
方 法研 究 , 将是 未来 重要 的发展 方 向 。 关键 词 : 空蚀 ; 空泡 ; 溃灭 ; 值模 拟 ; 述 数 综 中 图分类 号 :H1 7 文 献标 识码 : 文 章编 号 :0 04 5 ( 0 2 0 -0 3 6 T 3 B 10 -8 8 2 1 )40 0 - 0
[ ] 液压 与气 动 ,04, 1 ) J. 20 (0 . [ ] 童伟 , 4 刘树道 . 动 P C顺 序控 制系统 的设 计 [ ] 液 压 气 L J. 与气动 ,0 4 (0 . 20 , 1 )
2奉化市质量技术监督局, . 浙江 奉化 350; . 1 0 3国家气动产品质量监督检验中 浙江 奉化 35 0 5 心, 1 0) 5
摘 要: 空蚀 损伤 是在 液压 系统 中广泛 存在 的 失效 形式 , 究 空 泡渍 灭过 程 中产 生 的物 理 、 学 效应 向 研 化
固壁 的传 递 和作 用过 程 , 以及壁 面材料 的响 应及 失效 过 程 , 对提 高设备 的抗 空蚀 性 能及 优 化 设 计 , 有 重要 具
工 作
早 在 15 73年 ,ue 首 先 从 理 论 上 预 言 流 体 能 发 E lr
[ ] 曹玉平 , 2 阎祥 安. 多功能全气 控气 动系统教学实验 台设计 [ ] 液压 与气 动 ,0 0 ( ) J. 20 , 1 . [ ] 李异河 , 3 魏青帝. L P C控制气 动系统 试验台 的没计与研究

fcnki坡面侵蚀过程定量研究进展杨明义

fcnki坡面侵蚀过程定量研究进展杨明义

第15卷第6期2000年12月地球科学进展ADV ANCE IN EARTH SCIEN CESV ol.15 No.6Dec.,2000综述与评述坡面侵蚀过程定量研究进展杨明义,田均良(中国科学院水 利 部水土保持研究所,陕西 杨凌 712100)摘 要:坡面是土壤侵蚀最基本的地貌单元,定量研究坡面侵蚀能为研究土壤侵蚀规律、确定坡面重点侵蚀部位、建立土壤侵蚀预报模型提供科学依据。

总结了溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀的定量研究进展,简述了土壤侵蚀模型的研究进展,对目前的其它研究方法进行了评述。

关 键 词:侵蚀过程;坡面;研究进展中图分类号:S157 文献标识码:A 文章编号:1001-8166(2000)06-0649-051 概 述坡面作为构成山地、丘陵和破碎高原最基本的景观单元,是研究水土流失规律、反映土壤侵蚀强度的主要形态学参数。

坡地侵蚀可造成土地可持续生产力的损失和破坏。

国外早在19世纪晚期就开展了土壤侵蚀问题的研究,但仅局限于对坡地表面侵蚀现象的观察和定性描述,从20世纪20年代起对坡地侵蚀机理开展研究,试图从定量方面给予必要的阐明。

坡面侵蚀定量研究始于50年代,80年代成为热点,以美国的USLE和W EPP模型为代表。

随着分析手段的提高以及计算机技术的迅猛发展,坡面侵蚀过程定量研究取得大量的成果。

本文旨在总结坡面侵蚀过程定量研究的最新成果,深入了解土壤侵蚀规律,对明确亟待加强的研究领域是十分必要的。

2 土壤侵蚀类型及其定量研究进展2.1 雨滴溅蚀降雨侵蚀过程是降雨能量对地面做功的表现,做功的最初表现形式是雨滴的击溅侵蚀。

溅蚀会破坏土壤的表层结构,降低坡地土壤的入渗率。

若土壤中含有较多的细颗粒土,击溅还会产生表层土壤结皮现象,从而更明显地降低土壤入渗率[1,2]。

众多研究者[3~5]从影响溅蚀量最直接的因素(雨强、降雨能量、坡度、土壤强度指标)开始定量研究雨滴溅蚀,建立了众多的统计模型,由于土壤特性的差异和地域的不同,各家得出的指数存在差异,江忠善等[6]的研究包括了众多的因素,具有代表性,他们系统研究了降雨能量、短历时最大雨强和坡度对溅蚀量的影响,研究结果有:(1)溅蚀量和降雨能量、短历时最大雨强的复合关系式:S t=a(E I t)b式中,S t为水平地面单宽总溅蚀量(g/m),EI t为前后两测次间各次降雨的动能E s乘相应10~60分钟不同时段的最大雨强(m m/min),a、b为待定系数。

《基于CFD的滑阀冲蚀磨损研究分析》范文

《基于CFD的滑阀冲蚀磨损研究分析》范文

《基于CFD的滑阀冲蚀磨损研究分析》篇一一、引言随着工业技术的不断发展,滑阀作为流体控制系统中重要的元件之一,其性能的稳定性和耐用性直接影响到整个系统的运行效率与安全。

在流体流动过程中,滑阀经常受到冲蚀磨损的影响,这不仅会导致滑阀性能下降,还可能引发系统故障。

因此,对滑阀冲蚀磨损的研究成为了工程领域中重要的课题。

本文基于计算流体动力学(CFD)技术,对滑阀冲蚀磨损进行研究分析,旨在为滑阀的设计与优化提供理论依据。

二、CFD技术概述CFD(计算流体动力学)是一种通过计算机模拟流体流动、传热和质量传递等物理现象的技术。

它能够提供流体在复杂空间内的详细流动信息,包括速度、压力、温度等参数的分布情况。

通过CFD技术,可以有效地预测和分析流体的流动状态,为工程设计提供可靠的依据。

三、滑阀冲蚀磨损研究1. 冲蚀磨损机理滑阀冲蚀磨损主要发生在流体与滑阀表面相互作用的过程中。

当流体以一定的速度冲击滑阀表面时,会产生局部的高压和高速涡流,导致滑阀表面材料发生剥落和损失。

此外,流体的化学成分、温度、压力等因素也会对冲蚀磨损产生影响。

2. CFD在滑阀冲蚀磨损研究中的应用CFD技术可以模拟流体在滑阀内部的流动过程,分析流体在滑阀表面的冲击力和压力分布情况。

通过CFD分析,可以确定冲蚀磨损的主要发生区域和程度,为滑阀的设计和优化提供指导。

此外,CFD还可以分析不同因素对冲蚀磨损的影响,如流体的速度、温度、化学成分等。

四、研究方法与过程1. 建立模型根据滑阀的实际结构和工作条件,建立三维模型。

模型应包括滑阀、流体域以及可能的边界条件等。

2. 设定边界条件和参数根据实际工作情况,设定流体的速度、温度、化学成分等边界条件和参数。

同时,设定滑阀的材料属性、表面粗糙度等参数。

3. CFD模拟与分析利用CFD软件对模型进行模拟分析,得到流体在滑阀内部的流动情况、冲击力和压力分布等信息。

通过对模拟结果的分析,确定冲蚀磨损的主要发生区域和程度。

【国家自然科学基金】_冲蚀机理_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731

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固体火箭发动机 四川盆地 可变网格 冲蚀评价 冲蚀特性 冲蚀性能 低孔低渗储层 tic/ni3al q235钢 abaqus 0cr17ni7al
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 科研热词 路基病害 膨胀土(岩) 磨损 环氧树脂 漫坝 溃决 既有铁路 整治 排砂管线 振动台模型试验 微珠 弯接头 复合材料 堰塞湖 堰塞坝 固体颗粒 冲蚀机理 冲蚀 冲击强度 余震 cfd模型 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
科研热词 冲蚀磨损 数值模拟 冲蚀预测 黄土洞穴 防砂 钻具失效 超高分子量聚乙烯 超音速火焰喷涂 腐蚀产物保护膜 结构优化 纳米颗粒 纳米结构涂层 纳米复合材料 磨蚀 磨粒硬度 破坏类型 漫顶破坏 演化机制 液固两相流冲蚀磨损 流固耦合 流动分析 泥浆冲蚀 油井 气体钻井 极化曲线 数值模型 影响因素 弯管 失效机理 多相流 复合镀渗 土石坝 割缝筛管 冲蚀失效 公路工程 交流阻抗谱 zta结构陶瓷 wc-12co si_3n_4-sic reac管束 reac出口管道 cr15mo3高铬铸铁 cfd仿真 95al_2o_3耐磨陶瓷
科研热词 冲蚀磨损 颗粒级配 碳化硅陶瓷 注浆成型 反应烧结 力学性能 冲蚀率 冲蚀机理 zta陶瓷 zro2 高过载 风沙环境 须家河组 钻进效率 钻孔 钨极氩弧焊 钢结构涂层 超声频率 超声空化 质量变化 表面复合 表面冲蚀 蓄滞洪区 联合破岩 耐久性 绝热层 磨料射流 磨损机理 碳氮化物 硬面合金 硬岩 硫氢化铵 熔覆 烧蚀 渗流 沉积机理 沉淀硬化不锈钢 机械齿 无机非金属材料 数值模拟 数值分析 摩擦磨损 成岩作用 微/纳米 形成机理 岩土工程 对流传热 实验 复合涂层 堤防溃口 坡面流 坡面侵蚀

河道边坡侵蚀原理及其治理对策研究

河道边坡侵蚀原理及其治理对策研究

谢谢
岸堤区的植物通常宜采用灌木、乔木等树种。 挺水区一般种植一些挺水植物根据边坡冲蚀机理, 面坡区的冲蚀破坏与诸多因素有关,所以面坡区的 植物护坡模式也较多。下面是几种典型的面坡区护 坡形式:
1.香根草等高植物篱护坡 2.“干根网状护坡法” 3.黄花菜植物篱护坡模式
参考文献
[1]钱家欢,殷宗泽 土工原理与计算〔M〕.北京:中国水利水电出版社1996. 452~453 [2]周跃 土壤植被系统及其坡面生态工程意义[J]山地学报1999, 17 (3) 224 ~229 [3] Einstein H S The Bed一load Function for Sediment Transoportatnn in Open Channel Flow s(M).U. S Department of Agriculture Soil Conserv Seru Tech. Bull 1020 ~1950 [4]Ellison W D. Studies of Raindrop Erosion (J).Agricultural Engineering 1944, (25): 131~136 [5]卢彭真 柔性防护系统在公路护坡中的应用[J]东北公路2000 23 (2) [6]张华君,吴曙光边坡生态防护方法和植物的选择[J]公路交通技术2004 (2) [7]谭少华,汪益敏 高速公路边坡生态防护技术研究进展与思考[J]水土保持研究2004, 11(3) [8] 王可钧,李悼芬.植物固坡的力学简析[J].岩石力学与工程学报,1998.17 (6). 687~691 . [J]. 1998.17 [9] 李绍才 孙海龙 中国岩石边坡植被护坡技术现状及发展趋势[J] 资源环境2004,26(增刊)61~66 [10]杨永兵 施斌 杨卫东等 边坡治理中的植物固坡法[J] 水文地质工程地质2002 1 64~68 [11]周颖 曹映泓 高速公路路基边坡环境综合治理[J] 岩土力学2001 22 (4) 455~458 [12]Tsukamoto Y and Kusakabe Vegetative influences on debris slide occurrences onsteep slopes in Japan [R]..Paper presented to Symposium on Effects of forest land use on erosion and slope stabitily,Honolulu Hawaii 1984 [13]程洪 蔡儒珍 傅恒生等 公路工程中的香根草等高植物篱护坡技术[J] 华东公路2003, 140(1): 2 [14]封金财,王建华 植物根的存在对边坡稳定性的作用[J〕华东交通人学学报2003, 20 (5) [15]张云伟,刘跃明,周跃 云南松侧根摩擦型根土粘合键的破坏机制及模型[J]山地学报2002. 20(5) [16] 杨正乐 刘平,郑维汉 干根网状护坡法在公路植物防护中的应用[J]公路2003,4:2~3

相对论性喷流的数值相对论动力学

相对论性喷流的数值相对论动力学

相对论性喷流的数值相对论动力学相对论性喷流是宇宙中一种巨大且极其强烈的天体物理现象,通常由质量巨大的黑洞或中子星所产生。

这些喷流的研究对于理解宇宙的演化以及天体物理学的基础理论具有重要意义。

本文将着重探讨相对论性喷流的数值相对论动力学,并介绍研究的最新进展。

1. 引言相对论性喷流是高能天体物理学中的重要研究对象,它们的能量密度和速度都极高,对周围环境的影响非常显著。

因此,了解相对论性喷流的起源、演化以及与周围介质的相互作用是目前研究的热点之一。

2. 相对论性喷流的形成机制相对论性喷流通常源于质量巨大的黑洞或中子星。

当物质被黑洞或中子星吸积时,发生剧烈的物质运动,形成一个环绕着中央天体的吸积盘。

这个吸积盘由高密度的等离子体组成,通过磁场和粒子的相互作用,产生强烈的辐射和喷流现象。

3. 数值相对论动力学模拟为了研究相对论性喷流的物理过程,科学家们使用了数值相对论动力学模拟的方法。

这种方法基于爱因斯坦场方程和磁流体力学方程,通过计算机模拟喷流的运动和演化,得出了大量有关相对论性喷流的重要信息。

4. 喷流与周围介质的相互作用在相对论性喷流的传播过程中,其与周围介质的相互作用起着至关重要的作用。

相对论性喷流的高速运动导致了与周围介质的冲击,形成了强烈的激波和辐射。

这些相互作用的研究有助于我们理解喷流的演化和能量传递机制。

5. 观测结果与理论模拟的对比通过观测相对论性喷流的辐射特征,与理论模拟结果进行对比,可以验证数值相对论动力学模拟的准确性,并进一步完善模拟的物理过程和参数选择。

这种对比为我们提供了重要的验证手段,有助于准确理解喷流的起源和演化。

6. 未来的研究方向相对论性喷流的研究是一个活跃的领域,未来的研究方向包括对更复杂和真实的物理过程进行模拟,发展更精确的理论模型,以及探索相对论性喷流与宇宙尺度结构的相互关系等。

这些研究将进一步推动我们对宇宙和天体物理学的认识。

7. 结论相对论性喷流的数值相对论动力学是研究宇宙中极端物理现象的重要方法。

多孔介质自发渗吸研究进展

多孔介质自发渗吸研究进展

多孔介质自发渗吸研究进展一、本文概述多孔介质自发渗吸是自然界和工程领域中普遍存在的物理现象,它涉及到多孔介质内部流体的传输机制、孔隙结构对渗吸过程的影响以及渗吸过程中能量的转换与耗散等多个方面。

本文旨在全面综述多孔介质自发渗吸研究的最新进展,从渗吸机理、影响因素、实验方法以及应用前景等方面进行深入探讨。

文章首先介绍了多孔介质的基本概念和自发渗吸的定义,阐述了渗吸研究的重要性和实际应用价值。

接着,重点分析了渗吸过程中孔隙结构、润湿性、毛细力等因素对渗吸速率和效率的影响,并介绍了近年来在渗吸机理和模型建立方面取得的重要成果。

文章还综述了不同实验方法在多孔介质自发渗吸研究中的应用,包括微观观测技术、数值模拟方法等,并对各种方法的优缺点进行了评价。

文章展望了多孔介质自发渗吸研究的前景,提出了未来研究的重点方向,旨在为相关领域的研究人员提供有价值的参考和指导。

二、多孔介质自发渗吸基础理论多孔介质自发渗吸是一个涉及流体在多孔材料中自然流动的过程,其基础理论主要包括毛细管现象、达西定律以及多孔介质中的渗流模型。

毛细管现象是多孔介质自发渗吸的基础。

当液体与固体表面接触时,由于表面张力的作用,液体会在固体表面形成凹形弯液面。

这种弯液面产生的毛细压力,是驱动液体在多孔介质中自发渗吸的主要动力。

毛细压力的大小取决于液体的表面张力、接触角以及孔隙的尺寸。

达西定律是描述多孔介质中流体渗流速度与压力梯度之间关系的经典定律。

它指出,在稳定渗流条件下,流体的渗流速度与压力梯度成正比,与流体的粘度以及多孔介质的渗透率成反比。

达西定律为多孔介质自发渗吸的定量研究提供了理论基础。

多孔介质中的渗流模型主要描述了流体在多孔介质中的流动行为。

常见的渗流模型包括单相渗流模型、多相渗流模型以及考虑毛细力和重力作用的复杂渗流模型。

这些模型基于流体力学、热力学以及多孔介质物理学的原理,为多孔介质自发渗吸的深入研究提供了有效的工具。

多孔介质自发渗吸的基础理论涉及毛细管现象、达西定律以及多孔介质中的渗流模型。

剪切流中液滴变形及破裂的数值模拟

剪切流中液滴变形及破裂的数值模拟

剪切流中液滴变形及破裂的数值模拟作者:龚旺杨帆来源:《能源研究与信息》2024年第01期文章編号:1008−8857(2024)01−0051−12 DOI:10.13259/ki.eri.2024.01.007摘要:基于格子 Boltzmann 颜色梯度模型,针对二维剪切流场中液滴的变形及破裂进行了数值模拟,研究了剪切流动中毛细数 Ca、雷诺数 Re和流体黏度比λ对液滴变形的影响,并在Re−Ca 相图中区分了三种不同的液滴变形或破裂方式。

为了进一步掌握界面对液滴内部不同位置流体的作用,引入示踪粒子并分析其在液滴内的运动规律。

结果表明:随着 Ca 的增大,液滴的变形效果和偏转角度更明显,示踪粒子运动受到的影响较大;随着 Re 的增加,液滴的变形程度加大,但偏转角度受其影响较弱,示踪粒子运动受其影响显著;在低黏度比(λ<0.8)时,液滴会经历大幅度变形过程,当黏度比继续增大,其变形参数反而会减小;示踪粒子离初始圆心距离越近,运动路程越大,受到的剪切作用越大,且其在剪切作用下离界面越来越近,并最终达到稳定状态。

关键词:颜色梯度模型;剪切流动;液滴变形;液滴破裂;示踪粒子中图分类号: O35 文献标志码: ANumerical simulation of droplet deformation and breakup in shear flowGONG Wang,YANG Fan(School of Energy and Power Engineering/Shanghai Key Laboratory of Multiphase Flow and Heat Transfer in Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093, China)Abstract:Based on lattice Boltzmann color gradient model, numerical simulation was carried out for the deformation and breakup of droplets in two-dimensional shear flow. Effect of capillary number Ca,Reynolds number Re and viscosity ratio λ of different fluids on droplet deformation in shear flow was investigated. Three different deformation or breakup ways of droplets were distinguished in the phase diagram of Re-Ca. In addition, to understand the effect of interface on the fluid inside the droplet, tracer particles were introduced, and their motion patterns in the droplets were analyzed. Results show that the increase of Ca number resulted in enhanced deformation effect and weaker deflection angle of droplets, which affected the motion of tracer particles greatly. With the increase of Re number, the droplets deformation became strong, while weak deflection angle was observed. These phenomena affected the motion of tracer particles significantly. When the viscosity ratio was low (λ<0.8), the droplets underwent a large deformation process. When the viscosity ratio continued to increase, the deformation parameter decreased. The closer the tracer particle to the initial center of circle, the longer the movement distance, which caused greater shearing effect on tracer particles. They got closer to the interface and stabilized ultimately.Keywords:color gradient model; shear flow; droplet deformation; droplet breakup; tracer particle互不相溶的液−液两相体系广泛存在于自然界以及人类的生产、生活过程中,在能源热转换、石油化工、材料制备和生物医学等领域均扮演着重要角色。

喷溅侵蚀的理论计算

喷溅侵蚀的理论计算
R h r

H
(3)
z
T0 为室温 k 为导热系 式中 T 为温度 t 为比热容 J/(kg· ) qa 为 r 方向 数 W/m· 的热流密度 W/m2 R0 为触头半径 m r 为触 头表面宽度方向任意一点离端面中心的距离 z 为 触头深度方向任意一点离端面的距离
4

熔池基本参数的确定
熔池的基本参数可由温度场的计算结果给 而温度场的数值计算已很成熟 并已有专用软
万方数据
98


电 机
工 程
学 报
第 23 卷
件如 ANSYS, 故本文只介绍温度场的计算方法 触头在电弧作用下发生了材料相变 故电弧 作用下的触头热传播过程属于移动边界问题 一般 采用焓法和显热容法解决移动边界问题 本文采用 焓法处理相变过程 焓法的主要思路是将热焓和温度一起作为待 求函数 在整个区域 包括液相﹑固相和两相界 面 建立一个统一的能量方程 利用数值方法求出 热焓分布 然后确定两相界面 因此 它不需跟踪 界面 就可将液相区和固相区分开处理 假设固 液两相的比热分别为常数 温度和焓的关系式为 考 虑一级相变
5
喷溅模型
5.1 概述 对于一个确定的熔池 如果喷溅概率 f 已知 则喷溅量 M 为 M=
∫∫∫ ρ f dΩ

(4)
(1)
h 为焓 J/kg 式中 Tm 为触头材料的熔点 λ为熔化潜热 J/kg 由温度与焓的关系可得出焓法模型的传热方 [10] 程 1 ∂ ∂T ∂h ∂ 2T = k[ (r )+ 2 ] ∂t r ∂r ∂r ∂z 边界条件和初始条件 见图 2 为 ρ
− µ = Aρ 3 e ρ 2 ρD T
3.1 概述 前文分析指出 紊流现象 熔池气泡逸出和 熔池瀑沸是熔池产生喷溅的主要原因 而熔池的尺 寸和形状会影响紊流区的深度和形状 温度决定着 气泡逸出程度和瀑沸程度 所以 熔池尺寸 形状 和熔池温度将影响熔池喷溅概率 3.2 熔池尺寸和形状对喷溅概率的影响 紊流程度的大小可用雷诺系数 Re 描述 Re ρVl/µ [6] 其中 ρ是密度(kg/m3) V 是速度 (m/s) l 是流体通道的特征尺寸 (m) µ 是动力粘性系数 (Pa·s) 当 Re>2300 时 出现紊流 若流体通道为 规则的圆柱体 则圆柱体直径就是特征尺寸 由于 熔池是不规则的流体通道 因此 熔池中不同的点 所在位置的特征尺寸也就不同 可用熔池内部不同 深度处的固液分界面的水平宽度衡量不同位置处的 特征尺寸 如图 1 A1 B1 处于同一水平面 到熔 池表面的距离相等 为 h1 A1 B1 的连线与固 液分界面相交于 C D 两点 则 C D 两点间的长 度 L1 即是深度为 h1 时的固液分界面的宽度 同理 L2 是深度为 h2 时的固液分界面的宽度 h 是熔池最 大深度 rl 为熔池半径 由图 1 熔池几何形状图 可知:当熔池中任意一点 B1 远离熔池表面 即 h1 增 大时 它所对应的固液分界面宽度 L1 变窄 进而 特征尺寸 l 变小 与此同时 B1 离熔池表面越远 则该点温度越低 该处粘滞系数增大 并导致流速 V 减小 l V 减小 增大 故雷诺系数迅速减 小 当 Re<2300 时 紊流消失 因此 紊流区只是 存在于从熔池表面起一较薄区域 并且越靠近中心 轴线区 中心轴线区温度较高 紊流区的厚度越 厚 靠近固 液分界面的区域为层流区

溅蚀研究进展 发表版

溅蚀研究进展 发表版

收稿日期:2010-01-13 309087608@资助项目:文山丘北辣椒优质高产新品种选育及配套技术研究与示范(属云南省攻关项目)资助项目号:2006NG17作者简介:韩学坤(1984-),男,硕士研究生,主要研究方向:山地农业可持续发展。

通讯作者简介:吴伯志,男,教授,博士生导师。

研究方向:耕作制度及耕地水土保持,邮件:bozhiwu@溅蚀研究进展韩学坤安瞳昕吴伯志* 贺佳(云南农业大学农学与生物技术学院,云南昆明,650201)摘要:溅蚀是水蚀的初始阶段,是雨滴对地表击打的直接作用的结果,是一个动能减少,地表土壤颗粒发生位移的过程。

溅蚀主要发生在坡面产生径流之前和刚产生径流时,是水蚀的主要形式之一[1]。

国内外学者对溅蚀的影响因素的研究主要集中在降雨特征、土壤特性以及地形因素等方面,其中主要影响因子包括:坡度,降雨特征,植被覆盖和土层结构。

溅蚀量随坡度的增大逐渐增多,但是坡度超过临界坡度时,随坡度增大而减小;随降雨强度和雨滴大小增大而增大;地表植被对降雨有直接的再分配的过程,主要表现为截流、透流和干流3方面,当地表覆盖物超过1cm时,溅蚀可以完全消失;不同级配的土壤颗粒抗溅蚀能力不同,粒径在0.15 mm附近的颗粒最容易被溅蚀,溅蚀同时随着土壤结皮厚度增大,土壤抗溅蚀能力增强。

然而目前国内外对溅蚀的研究主要是在实验室模拟条件下完成的,较少有野外实地的研究,更缺乏在实际农业生产条件下的研究。

所以需要在前人的基础上结合我国有些地方坡耕地较多的情况,在不同作物、作物生产方式和土地耕作方式等条件下,探讨坡耕地溅蚀规律。

关键词:水土流失;溅蚀;坡度;降雨;进展Advance of Research of Splash ErosionHAN Xue-kun AN Tong-xin WU Bo-zhi* HE-jia(College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201,China)Abstract: Splash is the first step of water erosion; it is the directly results of raindrop strike on soil; it is a process that raindrop kinetic energy be reducing and the soil particles removing from here to there. Home and abroad scholars researching the factors of rain splash focused on rainy characters, soil characters and topography element etc. The key factors for the raindrop splash including slope angle、meteorology factors、plants cover and structures of soil. Splash amount is increasing accord the slope angle larger, but it will diverse after the angle more than a critical angle; Increasing by larger intensity and diameter of rain drop; Surface plants could redistribute rain drop directly which including cut off flow、flow through and trunk stream, if the thickness of surface covers more than 1cm, the rain splashcould avoid; Different graduation soil particle have different anti-splash ability, the particles which diameter around 0.15mm could be splashed most easily. Soil anti-splash ability improving by the crust thickness increases. But most of the splash researches were done in simulation situation in laboratory, less in nature environment place, lack in agriculture condition. So splash researching should combine with the reality of slope farmland have great part in some area of china, on the condition that different crop、crop production method and tillage style, discuss the pattern of rain splash under the foundation of predecessors.Key words: water and soil erosion; splash; slope angle; rain drop; advance溅蚀是水土流失的初期阶段[2],溅蚀会破坏土壤结构[3],增加径流紊动性[4],增强径流的分散和搬运能力[5-6]。

基于量子力学的腐蚀机理-胡军

基于量子力学的腐蚀机理-胡军

基于量子力学的腐蚀动力学机理研究
In tiny and small positive bias
Evac Evac q(Vbi1-Va1)
q(Vbi2-Va2)
微小电压下
q(Vbi3-Va3) Evac
1nm
I IGR2 (eqVa 2 /2kT 1)
Va 2 2kT I ln( 1) q IGR 2
Ecp
Ecs
Ecp
Efp Evp Evs
Efp Evp
S
p
S
p
S
p
小结
在本章中,主要是利用一些电化学实验数据对材料的抗点 蚀性能和点蚀的动力学参数进行了分析。通过以上的分析, 得到如下主要结论:
氯离子对稳态开路电位和点蚀的扩展电位影响明显 ,而含氧量对腐蚀修复电位却影响很大
得到了腐蚀过程中各阶段的阻抗谱及其对应的等效 电路,从而揭示了腐蚀各阶段氧化膜的演化过程
In big positive bias
Evac Evac q(Vbi1-Va1) Diffusion current Ecs Ecp Evs Efp Evp Evn Diffusion current Ecm Ecn Efn Efm q(Vbi2-Va2) q(Vbi3-Va3) Evac Evac
基于量子力学的腐蚀动力学机理研究
腐蚀过程氧化膜破裂机理研究 机械破坏氧化膜 当与腐蚀 性溶液相 接触时, 氧化膜产 生应力并 形成缺陷 当氧化膜 厚度达到 一定值时 ,由于电 致伸缩使 得氧化膜 产生应力 电毛 细现 象导 致氧 化膜 破坏 在凹陷 处,静 电应力 的集中 导致氧 化膜破 裂 由于 电学 的原 因导 致氧 化膜 破裂 氧化 膜局 部减 薄
当电压继续增加时,会有一部分电压降落在于材料串联的电阻上,二者的 关系会偏离对数线性关系。
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溅蚀力学机理研究1摘要:溅蚀是水蚀的初始阶段,是雨滴对地表击打直接作用的结果,是一个2动能减少,地表土壤颗粒发生位移的过程。

溅蚀主要发生在坡面产生径流之前3和刚产生径流时,是水蚀的主要形式之一。

国内外学者对溅蚀力学机理的研究4主要集中在降雨侵蚀力指标计算上,分别提出了适用于不同地区的降雨侵蚀力5计算公式。

本文通过整理比较目前在国内外应用比较广泛的降雨侵蚀力指标,6力求进一步明确各个降雨侵蚀力指标的计算方法和适用范围,为溅蚀力学机理7的研究提供一定的参考。

8关键词:溅蚀,降雨侵蚀力9降雨雨滴动能作用于地表土壤而作功,导致土粒分散,溅起和增强地表薄层10径流紊动等现象称为雨滴溅蚀作用。

溅蚀是水土流失的初期阶段[1],溅蚀会破坏11土壤结构[2],增加径流紊动性[3],增强径流的分散和搬运能力[4-5]。

同时雨滴的打12击作用使得土壤颗粒堵塞土壤本身的孔隙,减少或者阻止了雨水的入渗,从而13极大的增加了径流的侵蚀力[6-7]。

14雨滴击溅本质上是由于水滴的动能做功或打击,使土壤结构遭受破坏的一种15力学现象。

雨滴的能量并非全部用于打击土壤表面,Mihara在1951年的研究表16明,雨滴2/3的能量消耗在土壤表面形成小坑和移动土壤颗粒方面,而其余的171/3形成水雾。

因而,只有用于土壤的那部分能量才是降雨的真正侵蚀力。

这样,18我们就把降雨侵蚀力定义为雨滴用于分散和击溅土壤颗粒的作用力或能量。

19Wischmeier[8]根据美国8000多个小区-年降雨径流资料的分析,提出以降雨总20动能E与最大30min雨强I30的乘积EI30作为降雨侵蚀力指标,定量表征次降雨21可能引起土壤侵蚀的能力,它反映了雨滴溅蚀以及地表径流对土壤侵蚀的综合22效应[9]。

此后Hudson[10]、Foster[11]、Lal[12]、Williams[13]、Kinnell[14~16]等提出23了许多其它形式的侵蚀力指标,但从综合资料的可得性及适用范围看,EI30仍是24世界上应用最广的降雨侵蚀力指标。

25我国降雨侵蚀力指标的研究从1980年代开始,许多学者基于区域性观测资料26的分析,得出了一些区域性研究结果:黄土高原的降雨侵蚀力指标是E60I10或27EI10[7,17],其中E60表示最大60min雨强对应的60min 降雨总动能,I10是最大10min28雨强;安徽大别山区及福建的侵蚀力指标是EI60[18~20],其中I60是最大60min雨29强;黑龙江及云南滇东北的侵蚀力指标为E60I30[21,22];云南昭通盆地的侵蚀力指30标为EI15[23] ,其中I15表示15min最大雨强;广东电白的侵蚀力指标为EI30或EI5[24],31其中I5表示5min最大雨强。

王万忠[25]在对全国各地区的降雨、径流资料进行综32合分析后,认为我国降雨侵蚀力指标还是采用EI30相对比较适宜。

33降雨侵蚀力是指雨滴分散和击溅土壤颗粒的作用力,它与降雨雨滴的能量和34动量相关。

拟定降雨侵蚀力指标的目的是为了评估降雨引起土壤侵蚀的潜在能35力大小,并能在其它研究或实践中进行应用,确定降雨侵蚀力指标必须从描述36土壤侵蚀大小的精度、可对比性、资料可得性以及资料处理计算的难易程度等37几个方面综合考虑。

381能量降雨侵蚀力公式39Wischmeier[8]在普渡大学通过实验室的降雨试验,发现暴雨的动能和其30分40钟降雨强度的乘积与土壤侵蚀量之间的关系最为密切,可以反映一场降雨的侵41蚀能力。

因此,他提出了著名的降雨侵蚀力表达式:42R = EI30(1)43式中:E为次暴雨的总动能,J/m2;I30为降雨过程中连续30分钟最大降雨强44度,cm/h;R就是降雨侵蚀力,100J·cm/(m2·h)。

由(2-1)式可以计算出一场45暴雨的侵蚀力,也可以将某一时段内所有暴雨的侵蚀力值加起来,得到周、月46或日的侵蚀力值。

47在中国黄土丘陵沟壑区的降雨多为暴雨型,雨量集中。

根据中科院水土保持48研究所的分析,土壤流失量与降雨的最大60分钟雨强的动能与10分钟最大雨49强的乘积关系最为密切,其侵蚀力的表达式为50R = E60 I10(2)51若降雨不超过60分钟,则有:52R = (∑E)I10(3)53式中:∑E是各级雨强降雨动能之和。

54通过不少科研工作者对黄土地区的降雨侵蚀力的系统研究,均提出了适用于55黄土地区的降雨侵蚀力计算公式。

56王万忠[7]通过深入研究,分别给出黄土高原次降雨、年降雨及多年平均的降雨57侵蚀力估算公式:58 次降雨:133.110071.160012.0IP R = (4A) 59 年降雨:732.060965.010776.0008.0II PR = (4B) 60 多年平均:954.060392.110017.0160.0II PR = (4C)61 式中:R 为降雨侵蚀力,m ·t ·cm/(hm 2·h ·a);P 60为最大60分钟降雨量,62 mm ;I 10,I 60为最大10分钟和60分钟降雨强度,mm/h ;P 为年降雨量,mm 。

63 高学田[26]选用黄土高原地区的安塞黄绵土、绥德黄绵土、杨凌粘黄土、杨凌64 农地耕层土进行人工降雨溅蚀试验。

研究了降雨特性和土壤结构对雨滴溅蚀的65 影响,结果表明:土壤溅蚀量与降雨强度相关关系的最佳函数为指数函数,将66 降雨动能与雨滴中数直径的乘积(Ed 50)定义为降雨溅蚀力,降雨溅蚀力与溅蚀量67 呈线性相关关系。

68 章文波[27]利用易获取的气象资料计算降雨侵蚀力出发,通过对全国13个代表69 性小区侵蚀资料和12个气象站降雨资料的分析,确定我国降雨侵蚀力指标为雨70 量和最大10min 雨强的乘积PI 10,其精度与常用的侵蚀力指标EI 30相当。

为方便71 对比分析并统一单位,进一步建立了指标PI 10与EI 30的转换关系:(EI 30) = 0.1773 72 (PI 10) 。

这样可充分利用覆盖全国的气象站整编资料,计算全国降雨侵蚀力。

73 章文波[28]对年平均雨量、月平均雨量、逐年年雨量、逐年月雨量及逐年日雨74 量等5种代表性雨量资料估算降雨侵蚀力的结果进行对比分析,结果表明以日75 雨量计算多年平均侵蚀力的精度最高,而在4种采用月或年雨量的模型中尽管76 以逐年月雨量模型表现相对最好,但这4种模型之间差别不明显。

同时在降雨77 量较丰富地区,各类型雨量资料估算侵蚀力的精度也相对较高。

并以全国56478 个测站1971~1998年的逐日降雨资料为基础,采用日雨量资料估算降雨侵蚀力,79 分析全国降雨侵蚀力空间变化特征。

结果显示全国降雨侵蚀力的空间分布与降80 雨量近似,但降雨降雨侵蚀力取决于降雨量和降雨强度两个方面,因此二者的81 空间分布又存在许多差别。

一般在降雨侵蚀力较小地区,降雨侵蚀力的年内分82 配非常集中, 全国大部分地区降雨侵蚀力年际变化表现出正的趋势。

83 2 动量降雨侵蚀力公式[29]84 雨滴速度在与土粒碰撞的极短时间内降为零,土粒被分离,这是一个动量变85 化过程。

因此雨滴与土粒之间的相互作用过程也就遵循牛顿第二定律,据此可86推导雨滴侵蚀力的表达式。

根据雨滴侵蚀力的含义可推知,雨滴侵蚀力的大小87 与雨滴同土粒碰撞时所产生的撞击力有关。

88 设雨滴碰撞前的终速V m ,质量为m ,雨滴在与土粒碰撞的极短时间τ内速度89 降为零。

有动量定理可知:900)(0=+⎰⎰→→mV V md dt t f τ(5)91 式中:→)(t f 是雨滴对土粒的撞击力矢量,为时间的函数;→V 为雨滴速度矢量。

92 设在雨滴垂直下落(即不受风的影响下),在坡面角为θ时,由式(5)可得到93 雨滴在时间τ内对土粒的撞击力 F (τ):94 θττττcos )(1)(0mmV dt t f F ==⎰→(6)95 1983年Tan Soon-Keat [30]研究认为,雨滴与土粒碰撞后在t = d /2V m 时刻土壤96 承受峰压,土粒开始分散。

所以,取 τ = d / 2V m cos θ为雨滴的有效撞击时间,97 代入(2-6)知:98 θ22cos 2m V dm F = (7) 99 假设雨滴近似球体,则:100 ρπ361d m = (8)101 式中:ρ为雨滴(水)的密度;d 为雨滴直径。

102 把(8)式代入(7)可得:103 θρπ222cos 31mV d F = (9) 104 上式只适用于没有形成坡面流的情况,式中V m 为雨滴终速,可由下式计算:105106 107 108 109 110111 当有水层存在时,按Tan Soon-Keat 的分析,雨滴的撞击压随深度比dyr =的112 增加呈指数律下降,即113 F r r C F ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22'83ex p (11) 114 式中:F'为有水层存在时雨滴传递到床面的撞击压;C 为系数。

将式(9)代入115 式(11)可得:116θρπ2228322'cos 6m y d V e y d d C F ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= (12)117 因上式是在雨滴与土粒作弹性碰撞的假设条件下得到的,所以,雨滴侵蚀力118只是降雨侵蚀力的一部分。

119 令雨滴侵蚀力与撞击压是线性关系,则可得雨滴侵蚀力F e 的表达式为:120θρπ22283220'0cos 6m y d e V e y d d CC F C F ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==(13)121 令K = C 0C 有122mmd mm 63≤<mmd 30≤<⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛=dd d gd d V m 084.0113.09.3824009.382υυ(10)θρπ2228322cos 6m yde V e y d d K F ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫⎝⎛= (14)123 有前人的研究可知,当水深较大,如y 大于雨滴粒径d 的三倍时,雨滴对土124 壤的直接打击作用就可以忽略不计,在此情况下,F e =0。

125 综上所述,依据动量定律推导的雨滴侵蚀力可表示为: 126127 128 129 130 131 132 133134135 在式(15)中雨滴密度ρ需要实验测定。

这是由于黄土高原地区空中悬浮物136 较多,密度的测定值与南方雨水的密度测定值有一定的差别,在计算中需要注137 意。

但是由于在计算雨滴侵蚀力中,雨滴下落中未考虑风力对雨滴速度的影响。

138 因此侵蚀力计算中应加入风速影响系数还有待研究。

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