液體機(jī)械的磨蝕問題廣泛存在于水利水電、能源動(dòng)力、冶金化工、交通運(yùn)輸以及航空航天等行業(yè)，是造成流體機(jī)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(dòng)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(dòng)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(kuò)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(dòng)力學(xué)特性等。
流體機(jī)械的磨蝕問題廣泛存在于水利水電、能源動(dòng)力、冶金化工、交通運(yùn)輸以及航空航天等行業(yè)，是造成流體機(jī)械失效的重要原因之一。研究流體機(jī)械的磨蝕以及抗磨與減摩對(duì)策，對(duì)流體機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)、抗磨修復(fù)，提高其運(yùn)行效率，改善其綜合性能，延長(zhǎng)使用壽命等有著重要的理論意義。
流體機(jī)械的磨蝕是一個(gè)多學(xué)科交叉課題，涉及機(jī)械學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)、摩擦學(xué)、材料學(xué)、腐蝕與防護(hù)等理論。流體機(jī)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(jī)械發(fā)展之初，其磨蝕機(jī)理就一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。沖蝕磨損研究從流體機(jī)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(jì)初才開始被人們所了解，對(duì)其的研究在20世紀(jì)30年代得到飛速發(fā)展�？瘴g磨損是當(dāng)液體流過物體表面時(shí)，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(zhǎng)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(shí)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(jī)械金屬表面發(fā)生破壞，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，造成設(shè)備效率降低，頻繁大修，甚至短期報(bào)廢。
近年來，各囪學(xué)者對(duì)流體機(jī)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(diǎn)主要集中在流體機(jī)械過流部件內(nèi)部流場(chǎng)分析、轉(zhuǎn)輪（或葉輪）材料的沖蝕或者空蝕磨損機(jī)理、防磨措施、磨損修復(fù)的理論與實(shí)踐等領(lǐng)域。沖蝕研究主要集中在固體顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡和數(shù)值模擬、不同材料和葉片表面對(duì)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(cè)量、磨痕表現(xiàn)出的形狀特征以及特定材料對(duì)空蝕性能的影響等方面。
所以，目前對(duì)流體機(jī)械的磨損研究都是只分別考慮沖蝕與空蝕磨損對(duì)設(shè)備失效的影響，孤立地分析磨�；蛘呖张莸倪\(yùn)動(dòng)，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(dòng)特性和沖蝕與空蝕交互作用磨損機(jī)理相結(jié)合的研究成果，無法真正揭示流體機(jī)械葉片微流邊界層中的磨損機(jī)理。沖蝕與空蝕交互磨損是近年來的研究熱點(diǎn)。工程中，由于沖蝕和空蝕交互作用對(duì)水輪機(jī)磨損的影響因素眾多，加之試驗(yàn)和數(shù)值模擬條件的限制，所以到目前為止，研究人員對(duì)其沖蝕與空蝕交互作用的磨損機(jī)理研究不多，也沒有取得突破性的進(jìn)展。
結(jié)合現(xiàn)有條件，在前期研究基礎(chǔ)上，對(duì)流體機(jī)械過流部件沖蝕與空蝕交互作用的磨損機(jī)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(chǎng)參數(shù)，又有沙粒和材料特性等，流體機(jī)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(dòng)規(guī)律以及它們的相互干擾及破壞機(jī)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(jī)理，為進(jìn)一步開展流體機(jī)械抗磨設(shè)計(jì)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(yàn)裝置、沖擊式?jīng)_蝕與腐蝕磨損試驗(yàn)系統(tǒng)，從通過數(shù)值分析和試驗(yàn)驗(yàn)證研究了沖蝕磨損、空蝕磨損以及沖蝕與空蝕交互磨損對(duì)流體機(jī)械磨蝕的作用機(jī)理；分析了流場(chǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)以及物理學(xué)參數(shù)對(duì)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(jī)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(dòng)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(dòng)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(kuò)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(dòng)力學(xué)特性，根據(jù)磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)交互磨損過程進(jìn)行了解析計(jì)算，并得到了交互磨損的預(yù)估模型。在流體機(jī)械磨蝕的抗磨與減摩對(duì)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(rùn)滑減摩材料。
本書的研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：“葉片微流邊界層沖蝕與空蝕交互磨損機(jī)理研究”（編號(hào)：5097532）、“兩相流場(chǎng)中艦船沖蝕和腐蝕耦合效應(yīng)的摩擦學(xué)行為研究”（編號(hào)：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(hào)：51171216）支持。在項(xiàng)目的科研過程中，長(zhǎng)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(jī)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(qiáng)教授、湖南科技大學(xué)郭源君教授的幫助與指導(dǎo)，同時(shí)引用了一些國(guó)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(gè)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(cuò)誤，書中有不妥之處，懇請(qǐng)讀者不吝批評(píng)和指正。
龐佑霞朱宗銘梁亮張吳2016年5月 于長(zhǎng)沙
目 錄
前言
第1章緒論
1.1流體機(jī)械簡(jiǎn)介
1.2流體機(jī)械的磨損形式
1.2.1 流體機(jī)械沖蝕磨損
1.2.2流體機(jī)械空蝕磨損
1.2.3流體機(jī)械空蝕與沖蝕交互作磨損
1.3流體機(jī)械磨損研究現(xiàn)狀
1.3.1 沖蝕磨損研究簡(jiǎn)介
1.3.2空蝕磨損研究簡(jiǎn)介
1.3.3 空蝕與沖蝕交互磨損研究簡(jiǎn)介
參考文獻(xiàn)
第2章流體機(jī)械的磨損試驗(yàn)裝置
2.1流體機(jī)械磨損的常用試驗(yàn)設(shè)備
2.1.1旋轉(zhuǎn)噴射式?jīng)_蝕試驗(yàn)儀
2 .1.2磁致伸縮儀
2 .1.3轉(zhuǎn)動(dòng)空蝕儀
2 .1.4水洞試驗(yàn)裝置
2.1.5現(xiàn)場(chǎng)磨損試驗(yàn)裝置
2.2轉(zhuǎn)盤式磨損試驗(yàn)裝置
2.2.1 轉(zhuǎn)盤式磨損試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)
2.2.2轉(zhuǎn)盤式磨損試驗(yàn)裝置參數(shù)的設(shè)計(jì)
2.2.3 流體機(jī)械磨蝕試驗(yàn)方案
2.3噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗(yàn)裝置
2.3.1 噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)
2.3.2噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗(yàn)裝置的電化學(xué)測(cè)試系統(tǒng)
2.3.3 噴射式?jīng)_蝕與腐蝕試驗(yàn)裝置的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)
2.4試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)
2.4.1 材料磨損量測(cè)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(jī)械減震抗磨技術(shù)
參考文獻(xiàn)
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