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Paper Name    Study on Rebound Characteristics of Fine Spherical Particles Impacting an AISI 403 Steel With High Velocity
Author    邸娟，王顺森，蔡柳溪，程上方，吴闯
Publication/Completion Time    2015-06-15
Magazine Name    ASME Turbo Expo 2015: Turbine Technical Conference and Exposition
Vol    8
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Paper description    蒸汽轮机、燃气轮机和压气机中都存在微细颗粒高速撞击叶片的现象，常常影响设备的寿命和运行安全性，研究微细颗粒冲击靶板表面的反弹特性对减轻叶片冲蚀、预测冲蚀分布具有重要意义。马氏体不锈钢AISI403有着较高的室温强度，较高的韧性，冷变形性能，较高的热强性和耐蚀性及良好的衰减性能。在叶轮机械、化工机械和流体设备上应用广泛。因此，本文选用马氏体不锈钢AISI403作为靶板材料进行研究。利用非线性显式动力学有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA，对粒径范围为20~500μm，运动速度范围为50m/s ~250m/s的球形颗粒撞击AISI403靶板后的运动行为细节特征进行了系统的研究，揭示了颗粒反弹特性随颗粒冲击速度、冲击角度、粒径等因素的变化规律。结果表明，颗粒的速度恢复系数随着撞击角度、入射速度和颗粒直径的增大而减小，然而颗粒直径对速度恢复系数的影响相较另两个因素小得多。当入射速度小于200m/s时，颗粒的切向速度恢复系数随着入射速度的增大而减小。而颗粒的法向恢复系数随着入射速度的变化趋势较为复杂。颗粒的切向速度恢复系数和法相速度恢复系数大多数情况下随着冲击角度增大而减小。然而，当入射速度为200m/s，冲击角度大于45°，100μm和200μm颗粒的切向速度恢复系数随着冲击角度的增大而增大。原因可能是相对碰撞深度位于0.1515到0.1677的范围内时，切向反弹行为更易于被加强。大部分颗粒的切向和法向速度恢复系数随着颗粒直径的增大而减小。然而，当入射速度为200m/s和冲击速度大于15°时，更大颗粒的切向反弹速度逐渐被加强。另外，相对碰撞深度和颗粒的相对耗散能分别随着冲击角度、入射速度和颗粒直径的增加而增大。相对于碰撞角度和入射速度，颗粒直径对相对耗散能的影响很小。 这些工作对减轻叶片冲蚀、控制冲蚀分布具有重要意义。也为建立更为普适化的球形颗粒反弹模型奠定了基础。同时，有助于指导叶栅结构优化从而减少冲蚀。
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