海水和海泥中阴极保护系统的边界元计算

论文题目: 海水和海泥中阴极保护系统的边界元计算

论文类型: 博士论文

论文专业: 海洋化学

作者: 王秀通

导师: 侯保荣,李焰

关键词: 腐蚀,阴极保护,边界元,海泥,极化曲线,管线钢

文献来源: 中国科学院研究生院（海洋研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 随着人们对能源需求的不断增加,深海海洋油气开发已引起了人们越来越大的兴趣,随之而来的是对海洋构筑物的设计和防护提出了更高的要求。由于在传统的阴极保护工程设计中,大多采用实际测量或经验估计的方法来掌握电位分布规律,很难真实的反映构筑物的实际状态,为了确保安全,往往采用较大的安全系数,不但会造成金属材料的浪费,而且还会在构筑物的局部造成保护不足或过保护。本文研究了边界元方法(BEM)利用数值仿真技术对阴极保护状态下的海洋构筑物的保护状态进行模拟,从而获得阴极保护状态下的金属材料的电位分布。采用常数单元对于二维问题进行了研究,推导出了边界积分方程的离散化形式,并结合阴极保护环境下的阳极和阴极的极化曲线作为边界条件,建立了线性方程组。采用Newton-Raphson迭代法和分段拟线性化的方法对边界条件做了线性化处理,应用FORTRAN语言开发出阴极保护的边界元仿真求解程序CPBEM,并利用该程序选择合适的算例进行了验证,结果表明该程序是有效和可行的。通过管线钢在不同温度海泥埋片的腐蚀失重实验,证明了如果有充足的氧的供给的情况下,温度每增加10oC,腐蚀速度便增加一倍。阴极保护系统数值仿真的精确度最主要的影响因素就是阴极和阳极的极化曲线。而金属材料的极化曲线往往受到多种环境因素的影响,本文系统的讨论了在海泥介质中两种管线钢的腐蚀行为,对管线钢极化行为产生影响的各种环境因素,以及这些因素与金属的腐蚀速度之间的关系。首次将灰关联分析的手段运用到海泥介质的腐蚀,研究了环境因素对于ERW,SML两种管线钢在海泥中的腐蚀速率的影响。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 腐蚀与阴极保护

1.1.1 腐蚀原理和防护

1.1.2 阴极保护的原理和应用

1.2 研究工作进展

1.2.1 数值方法产生的背景

1.2.2 有限差分法

1.2.3 有限元法

1.2.4 边界元法

1.2.5 应用对比

1.3 研究背景和内容

第二章腐蚀电化学场模型

2.1 边界元原理

2.1.1 边界元的求解

2.1.2 求解的边界条件

2.1.3 拐角问题的处理

2.2 腐蚀控制方程

2.3 阴极保护数学模型

2.3.1 边界条件

2.3.2 数学模型

2.3.3 非线性条件的处理

2.4 本章小结

第三章边界元仿真程序设计

3.1 程序设计框架

3.1.1 程序构成

主程序CPBEM

子程序INPUTPC

子程序GHMATPC

子程序SLNPD

子程序INTER

子程序OUTPT

3.2 程序计算算例

3.2.1 算例1：牛顿法模拟电偶腐蚀

3.2.2 算例2：海泥中带有牺牲阳极的管线

3.3 本章小结

第四章管线钢在海泥中的腐蚀行为

4.1 管线钢在海泥中的埋片实验

4.1.1 引言

4.1.2 实验材料

4.1.3 实验条件及操作

4.1.4 结果与讨论

4.1.5 腐蚀成因探讨

4.2 环境参数测量

4.2.1 实验操作

4.2.2 结果与讨论

4.3 运用灰关联分析研究环境因子对管线钢腐蚀的影响

4.3.1 引言

4.3.2 环境因子、腐蚀参数及灰关联度的获取

4.3.3 结果与讨论

4.4 管线钢在海泥中的极化行为

4.4.1 引言

4.4.2 实验过程

4.4.3 结果与讨论

4.5 本章小结

第五章总结论

参考文献

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致谢

发布时间: 2007-04-12

海水和海泥中阴极保护系统的边界元计算

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